KR20150032807A - 브러시리스 직류 모터를 위한 로터 및 브러시리스 직류 모터 - Google Patents

브러시리스 직류 모터를 위한 로터 및 브러시리스 직류 모터 Download PDF

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KR20150032807A
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brushless
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KR20140124786A
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테플 거노트
플레슁거 안드레스
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블랙만 게엠베하 코. 카게
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Abstract

브러시리스 직류 모터(BLDC 모터)를 위한 로터 유닛은 로터 축과 일체로 형성된 주 몸체 및 주 몸체에 설치된 환형 링 마그넷을 포함한다. 환형 마그넷은 이방성 경질 페라이트를 포함하고 그리고 측면으로 자화된다. 로터 유닛의 로터 축 및 회전축은 하나의 플라스틱 소재로부터 형성될 수 있다. 로터 유닛은 자가-윤활 베어링 시트를 통하여 BLDC 모터 내부에서 지지된다.

Description

브러시리스 직류 모터를 위한 로터 및 브러시리스 직류 모터{Rotor for Brushless DC Motor and Brushless DC Motor}
본 발명은 BLDC 모터(BrushLess Direct Current Motor)라고 불리는 브러시리스 직류 전기 모터의 분야에 관한 것이고, 구체적으로 예를 들어 가전 기기의 습식-가동 순환 펌프에서 사용하기 위한 브러시리스 전기 모터에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 독립 청구항 1의 전문(preamble)에 따른 BLDC 모터와 같은 로터 유닛(unit)에 관한 것이다.
EP 1 841 041 A1은 습식-가동 펌프에서 사용하기 위한 BLDC 모터를 개시한다. BLDC 모터는 위상 반전 베이스(reflex base) 및 로터 축 사이의 플라스틱 접합을 포함하는 영구 여자 로터(permanently excited rotor)를 가진다. 플라스틱 연결(plastic connection)은 사출 몰딩에 의하여 형성되고 그리고 위상 반전 베이스의 고정 및 방수 접착을 로터 축에 제공한다. 추가로 영구 자석은 다른 플라스틱 연결을 통해 위상 반전 베이스에 부착된다. 양쪽 플라스틱 연결이 동일 사출 몰딩 과정에서 형성될 수 있다. 추가로 습식-가동 펌프를 위한 내습성 및 유체 저항성이 형성되도록 전체 로터를 감싸고 그리고 영구 자석을 고정시키는 사출 성형 플라스틱 피복이 로터에 제공된다. 그와 같은 로터의 영구 자석은 예를 들어 높은 잔류 자기(대개 1.2 테슬라 이상이 되는)를 나타내고 그리고 성형 상태에서 자화가 될 수 있는 네오디윰-철-붕소(NdFeB) 자석과 같은 희토류 자석과 같은 것이다.
그러나 희토류 소재는 매우 비싸고 자원 고갈의 어려움을 가진다. 추가로 소재가 수용액에서 부식에 민감하므로 부식 방지를 위하여 자석을 전체적으로 코팅을 하여 형을 만드는 것이 요구된다. EP 1 841 041 A1의 로터의 또 다른 약점으로, 로터 구성 요소를 두 번 오버-몰드를 하는 것이 요구된다는 것이고, 즉, 케이지(cage) 또는 위상 반전 베이스를 위하여 한번 그리고 각각의 마그넷 부재를 설치하기 위하여 외부 오버-몰딩을 위하여 한번 몰딩을 하여야 하는 것이다. 상기 선행기술에서 개시된 로터의 또 다른 약점은 베어링의 정지 디스크가 추가적인 공정 단계에서 O-실(seal)과 함께 설치되어야 한다는 것이다.
EP 1 533 883 A1은 층으로 된 강자성 코어를 포함하는 영구 마그넷 로터, 비-자성 스테인리스 스틸로 만들어지고 코어의 맞은편 끝으로부터 돌출하는 로터 축 및 코어가 내부에 배치되고 그리고 구동축이 연장되는 스테인리스 스틸로 만들어진 용기 케이싱을 가지는, 식기 세척기와 같은 습식-가동 펌프에서 사용을 위한 또 다른 BLDC 모터를 개시한다. 적어도 하나의 곡선형 마그넷 부재가 코어와 용기 케이싱의 내부 벽 사이에 제공된다. 코어는 용기 케이싱의 내부 벽을 향하여 반지름 방향으로 진행하도록 적어도 하나의 마그넷 부재의 마주보는 측면 끝 부분에서 작동하도록 정렬된 변형 가능한 반지름 방향의 돌출 부분을 포함한다. 적어도 하나의 마그넷 부재가 비용-효율성을 가지는 이방성 페라이트(anisotropic ferrite)로부터 만들어지고, 상기에서 마그넷 부재가 비용-효율적인 소성 공정으로 만들어져 이방성 자석을 형성할 수 있다.
그러나 이방성 페라이트는 상대적으로 낮은 잔류 자기(대개 0.5 테슬라보다 작은)를 나타내고, 코어를 자화시키는 것은 소재의 비-최적(non-optimal) 이용에 이르는 자화 기기에 대한 자성 갭을 가지는 피복된 조건에서 실행되어야 한다. 추가로, 설치 공정은 자성 위상 반전(reflex) 위한 코어 적층과 관련하여 그리고 마그넷 부재를 피복시키고 그리고 배치하는 것과 관련하여 어려운 작업이 된다. 이것은 많은 구성 요소 부분, 스테인리스 스틸 피복(드로잉 공정에 의하여 얻어진) 및 밀폐 부재를 포함한다.
위에서 개시된 양 공지의 로터는 외부 피복 및 로터를 관통하는 스틸 축을 포함한다. 축을 위한 스틸의 사용은 고강도, 마찰 마모 및 염수에서의 부식 저항성 사이에서 이들을 고려하여 결정해야 하고, 이로 인하여 로터 축의 소재 특성이 최적으로 되지는 않는다. 이것은 이완(slackness) 및 소음 발생에 이르는 로터 축의 마모가 발생하도록 한다. 더욱이 사용된 소재와 관련된 이러한 로터의 전체 구성은 제조 과정에서 피할 수 없는 오차로 인하여 자성 및 기계적 불균형에 이른다. 이로 인하여 유도 분포(induction distribution)가 또한 이상적으로 되지 못하고 사이너스 형상(sinus shape)으로부터 벗어나게 되어 증가된 토크 변이 및 추가적인 소음 발생에 이르게 된다.
본 발명의 목적은 생산이 용이하고 위에서 언급된 선행 기술의 약점을 제거하는 것이 용이한 향상된 로터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 예를 들어 가전 기기에서 사용되기 위한 로터와 같은 것을 포함하는 BLDC 모터를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 1에서 개시된 것과 같은 BLDC 모터를 위한 로터에 의하여 본 발명에 따라 해결된다. 본 발명의 추가적인 실시 형태가 인용항에서 개시되는 것과 같이 제공된다.
본 발명의 첫 번째 특징에 따르면, 첫 번째 실시 형태에서 브러시리스 직류 모터를 위한 로터 유닛이 제공되고, 로터 축과 함께 일체로 형성된 실질적으로 실린더 형상 부분을 가지는 주 몸체를 포함하고, 상기에서 주 몸체의 로터 축은 제1 및 제2 베어링 부분 및 주 몸체의 실린더 형상 부분의 외부 원주에 설치되는 환형 마그넷을 포함한다. 이로 인하여 독립된 스틸 로터가 제거될 수 있고, BLDC 모터를 제조하는 공정을 이용하게 되고 그리고 모터의 중량 및 토크 관성을 감소시킨다. 새로운 로터 유닛을 가지는 BLDC 모터는 제조가 용이하고 그리고 특별히 예를 들어 BLDC 모터는 가전 기기와 같은 곳에 설치되는 습식-가동 펌프에서 사용하기 위한 비용-효율적인 기기가 된다. 그러나 부식성 유체를 끌어올리는 공정을 위한 산업 공정에서 수중 펌프와 같은 적용이 실현 가능하다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 환형 마그넷은 이방성 경성 페라이트, 바람직하게 스트론튬 페라이트를 포함한다. 이로 인하여 비피복 로터 유닛이 흡입 수 또는 다른 부식성 유체와 접촉에 적합하게 된다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 환형 마그넷(annular magnet)이 주 몸체에 안정 잠금(positive locking) 결합이 된다. 대안으로 마그넷은 접착(bonding) 또는 가압과 같은 강제-잠금(force-locking) 기술에 의하여 고정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 주 몸체는 유리 섬유 강화 (Glass Fiber Reinforced, GFR) 플라스틱 소재를 포함한다.
본 발명의 또 다른 독립적인 특징에 따르면, 주 몸체는 기능성 플라스틱 소재, 바람직하게 마찰 마모 저항성 플라스틱 소재를 포함한다. 추가로 제1 및 제2 베어링 부분은 2개의 실린더 형상의 슬라이딩 표면을 제공할 수 있다. 이러한 방법에서, 심지어 더욱 작은 수의 구성 요소 및 훨씬 간단한 제조 공정이 요구되는 한편, BLDC 모터의 작동 특성 및 내구성이 추가로 향상될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시 형태에서, 주 몸체는 베어링 부분의 하나에 인접하고 그리고 축력(axial force)을 지탱하도록(축력에 저항하도록) 배열된 환형 표면(annular surface)을 포함한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따르면, 주 몸체는 제1 및 제2 베어링 부분에 각각 부착된 2개의 슬라이딩 표면을 제공하는 제1 및 제2 베어링 슬리브(sleeve)를 포함한다. 제1 및 제2 베어링 슬리브는 세라믹 소재, 바람직하게 산화 세라믹스(ceramics) 또는 질화물(nitrides)을 포함할 수 있거나, 또는 유리 섬유 강화 플라스틱, 바람직하게 폴리프로필렌(polypropylene, PP) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)를 포함할 수 있다. 이로 인하여 양호한 작동 특성 및 장기간 내구성이 보다 작은 수의 구성 요소를 사용하여 이루어진다.
본 발명의 다른 실시 형태에서, 제1 및 제2 베어링 슬리브 중 하나는 베어링 슬리브의 실린더 형상 부분으로부터 반지름 방향으로 돌출하고 그리고 축력을 지탱하도록(축력에 저항하도록) 배열된 칼라(collar)를 포함할 수 있다.
본 발명의 위에서 개시된 실시 형태의 또 다른 독립적인 실시 형태에서, 환형 마그넷은 다수 개의 측면 극성 교번 자극(lateral polarized alternating magnetic poles)을 가지도록 자화된다. 이러한 방법에서, 갭이 없이 실린더 형상의 외부 표면을 가지고 그리고 측면 자화를 제공하는 환형 자석을 사용하는 것은 근사적으로 이상적인 사이너스 형상을 가지고 회전각을 따르는 자속 분포 또는 유도 분포를 제공할 수 있다. 이것은 작은 토크 변이 및 소음 발생에 이르도록 한다.
또 다른 본 발명의 독립적인 실시 형태에서 환형 마그넷은 환형 마그넷의 내부 실린더 형상의 표면에서 자기장의 방출이 최소가 되는 방법으로 서로에 대하여 설정이 되는 벽면 두께 및 자성을 가질 수 있다. 이러한 방법에서, 코어 층이 제거될 수 있어 더 적은 중량 및 더 작은 크기를 가지는 BLDC 모터가 만들어지도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 위에서 언급된 본 발명의 첫 번째 특징에 따른 로터를 포함하는 브러시리스 직류 모터가 제공되고, 추가로 로터 유닛을 수용하는 로터 챔버를 형성하는 모터 케이싱을 포함하고, 상기에서 모터 케이싱은 주 몸체의 제1 베어링 부분을 지지하는 제1 베어링 시트(seat)를 수용하는 중심 수용 부분 및 로터 챔버의 간극(aperture)를 덮기 위하여 모터 케이싱에 설치되는 케이싱 플레이트를 가지고, 상기에서 케이싱 플레이트는 주 몸체의 제2 베어링 부분을 지지하는 제2 베어링 시트를 수용하는 중심 홀을 가진다.
본 발명의 또 다른 독립적인 실시 형태에서, 제1 및 제2 베어링 시트는 탄소 소재 또는 흑연 포함 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 실시 형태에서, 제1 및 제2 베어링 시트는 자가-윤활 기능성 소재(self-lubircating functional material), 바람직하게 벌크 몰드 성분(bulk mould compound), 보다 바람하게 폴리프탈아미드, 아리미드 섬유, 폴리테트라플루오르에틸렌 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는 성분을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 실시 형태에서, 제1 및 제2 베어링 시트 중 하나는 축력을 지탱하고 그리고 로터 유닛의 주 몸체의 축 운동을 제한하도록 배열된 칼라 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 독립적인 특징에 따르면, 위에서 언급된 본 발명의 특징의 하나에 따른 브러시리스 직류 모터를 포함하는, 특히 가전 기기에 사용되기 위한 습식-가동 펌프가 제공된다.
본 발명에 따른 모터는 제조 공정이 간단하면서 회전 토크 변이 및 소음이 작고 소형으로 만들어질 수 있다.
아래에서 창의적인 방법 및 장치의 추가적인 이점 및 실시 형태가 첨부된 도면과 함께 개시된다. 그에 의하여 좌측, 우측, 아래 및 위쪽이란 표현이 도면 부호의 일반적인 이해를 허용하는 도면의 방향에서 도면과 관련하여 언급되지만 별도로 명시적으로 언급되지 않는다면 제조 공정 또는 작동과 관련하여 특징 또는 구성요소의 위치 또는 방향을 한정할 필요가 없다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 로터 유닛을 포함하는 BLDC 모터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 로터 유닛을 포함하는 BLDC 모터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 로터 유닛의 환형 마그넷의 측면 자화를 보여주는 환형 마그넷의 정면도이다.
도 1과 관련하여, 본 발명의 첫 번째 적절한 실시 형태에 따른 로터 유닛을 가지는 BLDC 모터(1)를 포함하는 펌프가 아래에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1의 적절한 실시 형태에 따른 BLDC 모터(1)의 출력 축 부분(126)에 설치된 블레이드 휠(30)을 가지는 펌프를 도시한 것이다. 전기 BLDC 모터(1)는 바람직하게 유리 섬유 강화 폴리프로필렌(GR-PP)과 같은 플라스틱 소재로부터 만들어지고 그리고 로터 유닛을 수용하기 위한 리세스(recess) 및 간극(aperture)을 가지는 로터 챔버를 형성하는 모터 케이싱(10)을 포함한다. 모터 케이싱(10)의 로터 챔버의 외부 원주에 설치된 고정자(stator)는, 예를 들어, 층으로 된 강자성 요크(50), 적어도 하나의 보빈(52) 및 다수 개의 고정자 극(poles)을 제공하는 다수 개의 코일(54)로 구성되는 요크 어셈블리를 포함한다. 코일(54) 위에 배치된 다수 개의 권선에 대한 전력 공급은 일반적인 방식(예를 들어, 전기 정류자에 의하여)으로 회전하는 자기장을 발생시키기 위하여 정류된다(commutated).
제1 베어링 시트(11)가 로터 챔버의 바닥(간극의 맞은편)에 제공된다. 케이싱 플레이트(20)가 로터 챔버를 덮기 위하여 로터 챔버의 간극에 설치된다. 케이싱 플레이트는 로터 챔버에 배열된 로터 유닛을, 슬라이드 베어링에 의하여(by slide bearing), 회전 방향으로, 제1 베어링 시트(11)와 함께, 지지하는 제2 베어링 시트(12)를 수용하는 중심 홀을 가진다. 베어링 시트(11, 12)는 바람직하게 양호한 윤활 특성 및 장기간 내구성을 가지는 탄소 소재를 포함한다. 대안으로 베어링 시트는 흑연(graphite)을 포함하는 내마모성 소재를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 제1 실시 형태의 로터는 주 몸체(100) 및 환형(annular) 마그넷(150)을 포함한다. 주 몸체(100)는 제1 및 제2 로터 축 부분(124, 125, 126)을 가지는 로터 축과 일체형으로 형성된 실질적으로 실린더 형상 부분(120)을 포함한다. 주 몸체(100)는 바람직하게 열가소성 또는 열경화성 비-자성(non-magnetic) 소재, 바람직하게 유리 섬유 강화 폴리프로필렌(GR-PP)과 같은 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)을 포함한다.
추가로, 도 1에 도시된 것처럼, 주 몸체(100)는 서로 다른 직경(diameter)을 가지는 2개의 공통 축 배열 실린더 형상 부분을 포함할 수 있다. 작은 직경을 가지는 부분은 로터 축을 나타내는 한편, 큰 직경을 가지는 다른 실린더 형상 부분(120)은 외부 원주 위에 환형 자석(150)을 수용하도록 만들어진다. 바람직하게 주 몸체(100)의 실린더 부분은 일체형으로 형성되고[예를 들어, 사출 몰딩(사출성형)에 의하여] 그리고 실린더 형상 부분의 축 끝에서 전면 플레이트(112)를 통하여 및/또는 축 방향의 2개의 실린더 형상 부분 사이로 연장되는 다수 개의 길이 방향 웹을 통하여 서로 서로에게 연결된다. 주 몸체(100)는 또한 중량 몸체(massive body)로 형성될 수 있다. 주 몸체(100)는 환형 마그넷(150)을 사출 몰드의 한 부분으로 사용하여 미리-제조된 환형 마그넷(150) 내부에 사출 몰딩이 될 수 있다. 이러한 방법으로, 로터 축과 환형 마그넷을 수용하는 실린더 형상 부분을 포함하는 일명 복합 축이 형성된다.
추가로 로터 축 부분(124, 125, 126)은 2개의 실린더 형상 베어링 표면 또는 슬라이딩 표면을 제공하는 베어링 부분(124, 125)을 포함한다. 주 몸체(100)의 제1 및 제2 베어링 부분(124, 125)은 도 1에 도시된 것처럼 각각 제1 및 제2 베어링 시트(11, 12) 안에서 지지된다. 양호한 작동 특성 및 장기간 내구성을 이루기 위하여, 주 몸체(100)는 기능성 플라스틱 소재, 바람직하게 유리 섬유 강화 폴리프로필렌(GR-PP) 또는 그와 같은 열가소성 또는 그와 같은 유리 섬유 강화 플라스틱(GRP)과 같은 열경화성 비-자성 소재와 같은 내마모성 기능성 플라스틱 소재로 형성될 수 있다. 제1 또는 제2 베어링 시트(11, 12)는 고밀도(highly filled) 강화 열경화성 소재 또는 벌크 몰드 화합물(BMC)과 같은 또 다른 기능성 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바람직한 화합물 소재는 윤활 성분으로 폴리프탈아미드(polyphtalamide), 아라미드 섬유(aramide fibers), 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluorethylene) 및 흑연(graphite) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이로 인하여 베어링 시트는 자가(self)-윤활이 된다. 베어링 시트(11, 12)는 위에서 언급된 것처럼 탄소 소재 또는 흑연을 포함하는 다른 소재를 포함할 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 이러한 방법으로 더 작은 구성요소를 포함하고 그리고 우수한 특성을 나타내는 매우 간단한 구조가 이루어진다. 특히 로터 유닛의 구성요소는 끌어올려지는(pumping) 유체에서 마찰 소재에 대하여 저항성을 가지고, 세척제 및 염수에 대하여 저항성을 가지고 그리고 흡입 수 접촉(drinking water contact)에 대한 이송 제한에 적응 가능하다.
추가로 블레이드 휠(30)의 베이스는 주 몸체(100)의 돌출되는 출력 축 부분(126)과 일체로 형성될 수 있다. 더욱이, 도 1에 도시된 것처럼, 제2 베어링 시트(12)는, 주 몸체(100)의 환형 표면(112) 또는 하나의 베어링 부분(125)에 인접하는 주 몸체(100)의 실린더 형상 부분(120)과 협력하여, 블레이드 휠(30)에 의하여 발생되는 축력을 지탱하기 위하여(견디기 위하여, 저항하기 위하여) 구성되는 칼라(collar)를 가질 수 있다. 따라서 별도의 정지(stop) 디스크(disc)가 요구되지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에서, 블레이드 휠(30)의 베이스는 로터 축 부분(125)의 연장 돌출 끝(126)과 함께 일체로 형성될 수 있다. 이로 인하여 사출 몰딩과 같은 매우 간단하고 그리고 비용-효율적인 제조 공정이 로터 축과 함께 구조 유닛에서 주 몸체(100)를 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 실린더 형상 부분(120)은 환형 마그넷(150)을 가진다.
위에서 언급된 제1 실시 형태를 이용하여 유리한 효과가 얻어질 수 있다. 특히 구성 요소의 수 및 제조 단계의 수가 감소하고 그리고 제조 공정이 단순해진다. 더욱이, 예를 들어, 스틸로 만들어진 별도의 로터 축의 가공 공정이 제거되고 그리고 무게 및 BLDC 모터(1)의 회전 관성이 감소한다.
바람직하게 환형 마그넷(150)이 바람직하게 탭 수(tap water)와 접촉하기에 적합하고 그리고 상대적으로 높은 부식 저항성을 가지는 스트론튬 페라이트(strontium ferrite)와 같은 이방성 경질(hard) 페라이트로부터 하나의 부품으로 형성될 수 있다. 또한 양호한 부식 저항성을 가지는 다른 영구 자성 소재가 적합하다. 일반적인 이방성 환형 마그넷이 예를 들어, 신터링(sintering) 공정에 의하여 매우 간단하고 그리고 비용-효율적인 방법으로 제조될 수 있다. 환형 마그넷(150)의 내부 표면을 가공하는 것이 요구되지 않는다. 추가로, 사용된 영구 자성 소재의 높은 부식 저항성으로 인하여, 심지어 로터가 끌어올려지는 유체 내에 부유하고 있다고 할지라고, 아무런 로터 피복(외장)(sheath) 또는 자성 소재를 덮기 위한 케이싱이 요구되지 않고, 이로 인하여 로터 피복이 제거되고 그리고 로터의 환형 마그넷(150)과 고정자의 요크(50) 사이의 BLDC 모터(1)의 자성 갭(magnetic gap)이 감소될 수 있다. 다른 이점은 로터 유닛의 조립 이전 또는 이후 마그넷을 덮는 임의의 피복이 없이, 즉 자화 기기에 직접 접촉이 되어 자화가 될 수 있다. 이것은 소재의 최적 자화라는 결과를 가져온다.
70 내지 100 W의 전형적인 전력 범위를 가지는 제품을 위하여 형성된 BLDC 모터의 도시된 예시적인 구성에서, 환형 마그넷(150)은 6개의 교번 자극(alternating magnetic poles)(N 및 S)을 가지도록 자화되는 한편, 요크 어셈블리는 이에 대응되도록 9개의 이빨(teeth)(극)(poles)을 포함한다. 다른 개수 및 비율의 극이 또한 사용될 수 있다. 환형 마그넷(150)의 극은 바람직하게, 도 3에 도시된 것처럼 외부 원주(152)에 측면으로 극화된다(laterally polarized). 예를 들어, 도면에 도시된 것처럼 더 높거나 또는 더 낮은 또는 다른 치수 비율을 가진 다른 구성이 이용가능하다. 본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에서, 환형 마그넷(150)의 벽면 두께 및 자성은 고정자(stator)(즉 환형 마그넷(150)의 내부 실린더 형상 표면(151)에서)로부터 멀어지면서 마주보는 후면(151)에서 자기장 방출이 최소가 되고 이로 인하여 자기 회로를 향상시키기 위한 코어 코팅층이 제거되는 것이 가능하도록 설정될 수 있다. 이로 인하여 로터 유닛의 구조가 단순해지고 그리고 로터가 크기 및 중량이 감소된다. 환형 마그넷의 벽면 두께는 바람직하게 3 내지 10 mm, 보다 바람직하게는 5 내지 7 mm가 될 수 있다.
구체적으로 이러한 실시 형태는 이러한 실시 형태에 따른 BLDC 모터(1)에서 회전각에 따른(along) 자기장 분포(magnetic flux distribution) 및 이로 인한 유도 분포가 매우 규칙적이고 그리고 이상적인 사이너스(sinus) 형상에 근접한다는 점에서 유리하다. 그러므로 소음 발생 및 토크 변이가 매우 낮은 수준으로 감소된다.
추가로, 로터 유닛의 외부 표면(환형 마그넷(150)의 외부 표면)이 부드러운 형상이 될 수 있으므로, 또한 구조적인 불균형이 최소로 될 수 있는 한편, 균형을 맞추는 것이 주 몸체(100)에서 실행될 수 있다.
도 2와 관련하여, 도 1에 도시된 것과 유사하지만 본 발명의 제2 적절한 실시 형태에 따른 로터 유닛과 함께 BLDC 모터(1)를 포함하는 펌프가 아래에서 개시될 것이다. 제1 실시 형태의 구성요소와 동일하거나 또는 유사한 구성요소는 동일한 도면 부호로 표시되는 한편, 동일한 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 2에 도시된 제2 실시 형태는 도 1에 도시된 제1 실시 형태와 유사하게 실질적인 실린더 형상 부분(220) 및 두 개의 로터 축 부분(224, 225, 226)과 일체로 형성된 주 몸체(200)를 가지는 로터 유닛을 포함한다. 주 몸체(200)는 하나의 구성요소, 바람직하게는 기능성 플라스틱 소재로 만들어진 하나의 구성요소,로 형성될 수 있다.
로터 축 부분은 실린더 형상 부분(220)의 양쪽 면으로부터 돌출하고 그리고 제1 및 제2 베어링 부분(224, 225)을 포함한다. 모터 케이싱(10)의 바닥 면으로 돌출하는 주 몸체(200)의 제1 베어링 부분(224)에 고정 부착된 제1 베어링 슬리브(210)가 제공된다. 모터 케이싱(100)의 블레이드 휠 측으로 돌출하는 주 몸체(200)의 제2 베어링 부분(225)에 고정 부착된 제2 베어링 슬리브(211)가 제공된다. 제1 및 제2 베어링 슬리브(210, 211)는 바람직하게 세라믹 소재 또는 유리 섬유 강화 플라스틱을 포함한다. 적절한 세라믹 소재는 예를 들어, 산화 세라믹스 또는 질화물(nitrides)이 된다. 적절한 유리 섬유 강화 플라스틱은 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)가 된다. 베어링 슬리브(210, 211)는 로터 유닛의 주 몸체(200)의 베어링 부분(224, 225)에 고정적으로 부착되거나 또는 베어링 부분(224, 225)과 일체로 형성된다. 이러한 연결은 안전 잠금 결합(positive locking engagement)에 의하여 또는 사출 몰딩 또는 오버 몰딩, 즉 선-제조된 베어링 슬리브(210, 211) 주위를 주 몸체(200)의 플라스틱 소재로 몰딩을 하는 것에 의하여 제공된다. 이러한 방법으로, 복합 축이 형성되고, 복합 축에서 모터 케이싱(10) 및 케이싱 플레이트(20)에 배열된 대응되는 베어링 시트(11, 12)에서 지지되는 베어링 표면 또는 슬라이딩 표면이 통합된 세라믹 구성요소(210, 211)의 형태로 제공된다.
제2 베어링 슬리브(211)는 도 2에 도시된 것과 같은 베어링 슬리브(211)의 실린더 형상 부분으로부터 반지름 방향으로 돌출하는 일체로 형성된 정지 디스크(stop disc) 부분으로 기능을 하는 칼라(collar)(212)를 가진다. 이러한 칼라(212)는 주 몸체(220)의 전면 플레이트에 인접할 수 있고, 그리고 블레이드 휠(30)에 의하여 발생되는 축력을 지탱하기 위하여, 케이싱 플레이트(20)의 중심 홀에 수용된 제2 베어링 시트(12)의 대응되는 칼라 부분과 함께 로터 유닛(200)의 축 이동을 제한한다. 이로 인하여 별도의 정지 디스크가 필요 없게 될 수 있다.
제2 실시 형태의 또 다른 실시 형태에서, 블레이드 휠(30)의 베이스(base)가 로터 축 부분(225)의 연장 돌출 끝(출력 축 부분)(226)과 일체로 형성될 수 있다.
위에서 언급된 제2 실시 형태를 이용하여, 위에서 언급된 제1 실시 형태의 유리한 효과가 이루어지거나 또는 효과가 추가로 향상될 수 있다. 특히, 베어링 소재의 조합, 즉 베어링 슬리브(210, 211)의 세라믹 소재 및 베어링 시트(11, 12)의 탄소 소재의 조합은, BLDC 모터(1)의 매우 양호한 작동 특성 및 장기간 내구성을 제공한다.
1: 모터 10: 케이싱
11,12: 베어링 시트 20: 케이싱 플레이트
30: 블레이드 휠 50: 요크
52: 보빈 54: 코일
100, 200: 주 몸체 112: 환형 표면
120: 실린더 형상 부분 126: 출력 축 부분
124, 125, 126: 로터 축 부분 150: 환형 마그넷
211: 베어링 슬리브 224, 225: 베어링 부분

Claims (15)

  1. 습식-가동 펌프에서 사용되는 브러시리스 직류 모터(1)를 위한 로터 유닛에 있어서,
    로터 축(124, 125, 126; 224, 225, 226)과 일체로 형성된 실질적인 실린더 형상 부분(120, 220)을 가지는 주 몸체(100, 200); 및
    주 몸체(100, 200)의 실린더 형상 부분(120, 220)의 외부 원주에 설치된 환형 마그넷(annular magnet)(150)을 포함하고,
    상기 주 몸체(100, 200)의 로터 축은 제1 및 제2 베어링 부분(124, 125; 224, 225)을 포함하는 로터 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 주 몸체(100, 200)는 유리 섬유 강화 (GFR) 플라스틱 소재를 포함하는 로터 유닛.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 주 몸체(100; 200)는 기능성 플라스틱 소재, 바람직하게 마찰 마모 저항 플라스틱 소재를 포함하는 로터 유닛.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 및 제2 베어링 부분(124, 125)은 2개의 실린더 형상 슬라이딩 표면을 제공하는 것을 특징으로 하는 로터 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 주 몸체(100)는 상기 제1 베어링 부분(124) 또는 상기 제2 베어링 부분(125)에 인접하고 그리고 축력을 지탱하도록 배열된 환형 표면(112)을 포함하는 로터 유닛.
  6. 청구항 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 제1 및 제2 베어링 부분(224, 225)에 각각 부착된 2개의 실린더 형상 슬라이딩 표면을 제공하는 제1 및 제2 베어링 슬리브(210, 211)를 더 포함하는 로터 유닛.
  7. 청구항 6에 있어서, 제1 및 제2 베어링 슬리브(210, 211)는 세라믹 소재, 바람직하게 산화 세라믹스 또는 질화물을 포함하거나 또는 유리 섬유 강화 플라스틱, 바람직하게 폴리프로필렌 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 로터 유닛.
  8. 청구항 6 또는 7에 있어서, 제1 및 제2 베어링 슬리브(211) 중 하나는 베어링 슬리브(211)의 실린더 형상 부분으로부터 반지름 방향으로 돌출하고 그리고 축력을 지탱하도록 배열된 칼라(212)를 포함하는 로터 유닛.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 환형 마그넷(150)은 다수 개의 측면 극성 교번 자극(laterally polarized alternating magnetic poles)을 가지도록 자화된 것을 특징으로 하는 로터 유닛.
  10. 청구항 9에 있어서, 환형 마그넷(150)은 환형 마그넷(150)의 내부 실린더 형상 표면(151)에서 자기장의 방출이 최소가 되도록 하는 방법으로 서로에 대하여 설정된 벽면 두께 및 자성을 가지는 것을 특징으로 하는 로터 유닛.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 하나에 따른 로터 유닛을 포함하는 브러시리스 직류 모터(1)에 있어서,
    상기 로터 유닛을 수용하는 로터 챔버를 형성하는 모터 케이싱(10) 및
    상기 로터 챔버의 간극(aperture)을 덮도록 모터 케이싱(10)에 설치된 케이싱 플레이트(20)를 포함하고,
    상기 모터 케이싱(10)은 주 몸체(100; 200)의 제1 베어링 부분(124; 224)를 지지하는 제1 베어링 시트(11)를 수용하는 제1 중심 수용 부분을 가지고,
    상기 케이싱 플레이트(20)는 주 몸체(100; 200)의 제2 베어링 부분(125; 225)을 지지하는 제2 베어링 시트(12)를 수용하는 중심 홀을 가지는 브러시리스 직류 모터.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 및 제2 베어링 시트(11, 12)는 탄소 소재 또는 흑연을 포함하는 소재를 포함하는 브러시리스 직류 모터.
  13. 청구항 11 또는 12에 있어서, 제1 및 제2 베어링 시트(11, 12)는 자가-윤활 기능 소재(self-lubricating material), 바람직하게 벌크 몰드 화합물, 보다 바람직하게 폴리프탈아미드, 아라미드 섬유, 폴리테트라플르오르에틸렌 및 흑연 중 적어도 하나를 포함하는 화합물을 포함하는 브러시리스 직류 모터.
  14. 청구항 11 내지 13 중 어느 하나에 있어서, 상기 제1 및 제2 베어링 시트(11, 12) 중 하나는 축력을 지탱하고 그리고 로터 유닛의 주 몸체(100, 200)의 축 운동을 제한하도록 배열된 칼라 부분(collar portion)을 포함하는 브러시리스 직류 모터.
  15. 가전 기기에 사용되는 습식-가동 펌프에 있어서, 청구항 11 내지 14 중 어느 하나에 따른 브러시리스 직류 모터(1)를 포함하는 습식-가동 펌프.







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