KR20150072450A - 스포크 영구 자석 로터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 브러시리스 직류 전기 모터(12)에 이용되는 스포크 타입의 영구 자석 로터(1)로서, 그 고정부를 형성하는 스테이터(13) 내에 회전부를 형성하고, 스테이터(13)의 내부면과 로터(1) 사이에 에어 갭(14)을 갖는 로터(1)는, 강자성 적층체 또는 강자성 분말 금속으로 제조된 원통형 코어(2); 코어(2)에 고정되어 회전축을 형성하는 샤프트(3); 코어(2)의 중앙에 배치되며 샤프트(3)를 지탱하는 샤프트 구멍(4)을 갖는 허브(5); 허브(5) 주위에 모두 배치된 하나 이상의 폴 세그먼트(6); 폴 세그먼트(6)들 사이에 배치된 하나 이상의 자석 슬롯(7); 접선방향으로 자기화되고 자석 슬롯(7) 내에 배치되며 반경방향 외측으로 연장되는 하나 이상의 자석(8); 및 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 비자성 재료로 제조되며 사출 성형법에 의해 코어(2)의 전방면 및 후방면 상에 고정되어 로터(1)의 밸런스를 제공하는 2개의 단부 링(9)을 포함한다.

Description

스포크 영구 자석 로터{A SPOKE PERMANENT MAGNET ROTOR}

본 발명은 브러시리스 직류 모터에 이용되는 스포크 영구 자석 로터에 관한 것이다.

에너지 효율 분야에서의 발전 및 규정이 고효율 전기 모터에 대한 요구를 증대시키고 있다. 스포크 타입의 로터는 로터 코어를 형성하는 폴 세그먼트들 사이에 배치된 하나 이상의 자석을 포함하며, 상기 자석은 로터 코어의 외주부를 향해 로터 샤프트 둘레에서 반경방향으로 연장된다. 자석은 그 두께에 대해 접선방향으로 자기화되고, 상기 자석에 의해 발생되는 자기 플럭스는 폴 피스 상에 수집되며, 그 폴 피스 사이에 자석이 배치된다. 스포크 타입의 로터에서, 스테이터와 로터 사이의 에어 갭 내의 자식 플럭스 밀도, 즉 소정 속도와 토크에서 로터의 회전을 제공하는 유용한 양의 플럭스는, 다른 자석 로터에 대해 증대된다. 스포크 타입의 토어의 상기한 이점에도 불구하고, 코어의 기계적 구조가 약해지고, 원심력에 대한 로터의 저항성이 감소되는데, 그 이유는 자석이 중앙으로부터 반경방향 외측으로 연장되어 서로에 근접하게 배치되기 때문이다. 또한, 플럭스 누수의 증대가 관찰된다.

미국특허출원 US2007085437호에서는, 전기 모터에 이용되는 스포크 영구 자석 로터와, 그 제조 방법이 설명되어 있다.

본 발명의 목적은 원심력에 대한 로터의 저항성이 증대되고 플럭스 누수가 감소되는 스포크 타입의 영구 자석 로터를 구현하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 구현되며 청구항 1 및 그 종속항에서 설명된 스포크 타입의 로터는, 브러시리스 직류 모터 내의 스테이터 내에 회전부를 형성하는 로터로서, 강자성 코어; 회전축을 형성하는 샤프트; 상기 코어의 중앙에서 상기 샤프트를 지탱하는 허브; 상기 허브 주위에 모두 배치된 폴 세그먼트; 상기 폴 세그먼트들 사이의 자석 슬롯 내에 위치된 자석, 및 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 비자성 물질로 제조되며 사출 성형법에 의해 상기 코어의 전방면 및 후방면 상에 고정되는 단부 링을 포함한다. 상기 자석의 축방향으로의 길이는 상기 자석 슬롯의 길이(상기 자석 슬롯의 길이)보다 길고, 상기 자석의 단부는 상기 코어의 전방 평면 및 후방 평면으로부터 외측으로 연장되고 상기 표면 상에 플라스틱 단부 링 내에 매입된다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 로터는 상기 허브로부터 반경방향 외측으로 좁아지는 자석 슬롯을 포함한다. 상기 자석 슬롯 내에 위치된 상기 자석은 사다리꼴 형태임으로써, 반경방향 외측으로 좁아진다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 로터는 상기 폴 세그먼트를 반경방향으로 통과함으로써 둥근 에지를 갖는 장타원형 또는 타원형 구멍을 포함하며, 상기 구멍이 각각의 폴 세그먼트를 종방향으로 움푹하게 파내고, 상기 구멍의 반경방향으로의 단면 길이는 그 폭보다 크다. 상기 구멍의 둥근 에지로 인해, 갭을 두지 않고서 플라스틱 바아가 구멍 내에 주입되고, 높은 기계적 저항성을 갖는 케이지 구조가 코어 내에 얻어진다.

본 발명의 로터의 원심력에 대한 저항성이 증대되고; 자기 플럭스 누수가 감소되고, 상기 모터의 성능이 증대된다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 구현된 로터는 첨부한 도면에 도시된다.

도 1은 전기 모터의 개략도,
도 2는 스포크 로터의 사시도,
도 3은 스포크 로터의 분해도,
도 4는 스포크 로터 코어의 사시도,
도 5는 스포크 로터 코어의 정면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에서의 스포크 로터 코어의 사시도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에서의 스포크 로터 코어의 정면도,
도 8은 스포크 로터의 종단면도,
도 9는 도 3의 단면 A-A의 도면.

세탁기 및/또는 건조기 및 식기세척기 등의 가전 제품 내의 드럼, 순환 펌프 및 배출 펌프와 같은 구성요소를 구동하는 브러시리스 직류 전기 모터(12)에 이용되는 스포크 타입의 영구 자석 로터(1)로서, 그 고정부를 형성하는 스테이터(13) 내에 회전부를 형성하고, 스테이터(13)의 내부면과 로터(1) 사이에 에어 갭(14)을 갖는 로터(1)는, 강자성 적층체 또는 강자성 분말 금속으로 제조된 원통형 코어(2); 코어(2)에 고정되어 회전축을 형성하는 샤프트(3); 코어(2)의 중앙에 배치되며 샤프트(3)를 지탱하는 샤프트 구멍(4)을 갖는 허브(5); 허브(5) 주위에 모두 배치된 하나 이상의 폴 세그먼트(6); 폴 세그먼트(6)들 사이에 배치된 하나 이상의 자석 슬롯(7); 접선방향으로 자기화되고 자석 슬롯(7) 내에 배치되며 반경방향 외측으로 연장되는 하나 이상의 자석(8); 및 플라스틱 또는 알루미늄과 같은 비자성 재료로 제조되며 사출 성형법에 의해 코어(2)의 전방면 및 후방면 상에 고정되어 로터(1)의 밸런스를 제공하는 2개의 단부 링(9)을 포함한다.

본 발명의 로터(1)는 자석(8)을 포함하며, 상기 자석(8)의 축방향으로의 길이는 상기 자석 슬롯(7)의 길이보다 길고, 상기 코어(2)의 전방면 및 후방면으로부터 외측방향으로 연장되는 상기 자석의 일부는 상기 단부 링(9) 내에 매입된다(도 1, 4 및 6).

상기 자석 슬롯(7)의 축방향으로의 길이보다 긴, 즉 코어(2)의 길이보다 긴 각각의 자석(8)의 전단부 및 후단부는 코어(2)의 후방 평면 및 전방 평면으로부터 외측방향으로 연장되며, 단부 링(9) 내에 매입되거나 또는 단부 링(9)이 그 상에 주입되고; 그에 따라 자석(8)은 코어(2) 내의 강성 구조 내에 유지되도록 제공되며, 축방향 및 반경방향으로의 자석(8)의 운동이 방지되고, 원심력에 대한 저항성이 증대된다. 코어(2)의 전방면 및 후방면으로부터 외측방향으로 연장되는 자석(8)의 단부는 "오버행(overhang)" 효과를 형성하므로, 자석(8)으로부터 에어 갭(14)으로 지향되는 플럭스 밀도가 증대된다. 자석(8)의 단부에서의 플럭스 누수가 방지되고, 비자기화 위험이 감소되고, 자석(8)의 유닛 용적으로부터 얻어지는 토크가 증대되고, 과열이 방지되고, 모터(12)의 효율이 증대된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 로터(1)는 허브(5)로부터 반경방향 외측으로 좁아지는 자석 슬롯(7)을 포함하고, 자석(8)은 자석 슬롯(7) 내에 위치된 사다리꼴 단면을 갖는다(도 6 및 7). 본 실시예에서, 자석(8)으로부터 에어 갭(14)에 작용하는 접선방향 플럭스 양은 자석(8)의 용적의 임의 변화 없이 증대된다. 사다리꼴 단면을 갖는 자석(8)의 반경방향으로 경사진 에지에 수직한 방향으로의 자기장 벡터는 에어 갭(14)으로 지향되고, 에어 갭(14) 내의 플럭스 밀도는 증대되고, 모터(14)의 성능은 개선된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 로터(1)는 폴 세그먼트(6)를 반경방향으로 통과함으로써 둥근 에지를 갖는 하나 이상의 구멍(10)을 포함하여, 각각의 폴 세그먼트(6)를 종방향으로 움푹하게 파내고, 상기 하나 이상의 구멍(10)의 반경방향으로의 단면 길이는 그 폭보다 크고, 상기 구멍(10) 내에 비자성 물질을 주입함으로써 형성된 하나 이상의 바아(11)는 상기 코어(2)를 따라 축방향으로 상기 단부 링(9)들 사이로 연장되어 상기 허브(5) 주위에 케이지를 형성한다(도 4, 5, 6, 7, 및 9).

본 발명의 또 다른 실시예에서, 구멍(10)과, 상기 구멍(10) 내로 주입되는 바아(11)의 단면은 짧은 둥근 에지를 갖는 장타원형이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 구멍(10)과, 상기 구멍(10) 내로 주입되는 바아(11)의 단면은 타원형이다.

둥근 에지를 갖는 장타원형 또는 타원형 형태의 구멍(10)은 사출 성형 공정 동안에 구멍(10) 내에 바아(11)의 주입을 개선시킨다. 바아(11)는 각을 이루지 않는 내부면을 갖는 구멍(10) 내에 주입됨으로써 제조된다. 바아(11)에 의해 형성된 케이지 구조는 강화되고, 로터(1)의 기계적 저항성은 바아(11) 내의 갭의 형성을 방지함으로써 증대된다. 바아(11)에 의해 형성된 케이지 구조는 폴 세그먼트(6)와 자석(8)을 강성 구조로 함께 유지한다. 특히, 폴 세그먼트(8)와 허브(5)를 결합하며 기계적 저항성의 견지에서 약한 부분의 원심력 및 접선방향 힘에 대한 저항성이 개선되고, 로터(1)는 고속에서 붕괴되는 것이 방지된다. 모터(12)의 소음 레벨이 감소되고, 과열이 방지된다.

본 발명의 로터(1)에서, 원심력에 대한 저항성을 증대시킴으로써 기계적 구조가 강화된다. 코어(2)의 길이보다 긴 자석(8)은 본 기술에서 알려진 "오버행" 효과를 발생시키므로, 자석(8)으로부터 에어 갭(14)에 작용하는 플럭스 양이 증대되고, 모터(12)의 성능이 개선된다.

1: 로터
2: 코어
3: 샤프트
4: 샤프트 구멍
5: 허브
6: 폴 세그먼트
7: 자석 슬롯
8: 자석
9: 단부 링
10: 구멍
11: 바아
12: 모터
13: 스테이터
14: 에어 갭

Claims (5)

1. 전기 모터(12)의 회전부를 스테이터(13) 내에 형성하는 로터(1)로서, 상기 스테이터(13)의 내부면과 상기 로터(1) 사이에 에어 갭(14)을 갖는 로터(1)에 있어서,
   원통형 강자성 코어(2);
   회전축을 형성하는 샤프트(3);
   상기 코어(2)의 중앙에 배치되며 상기 샤프트(3)를 지탱하는 샤프트 구멍(4)을 갖는 허브(5);
   상기 허브(5) 주위에 모두 배치된 하나 이상의 폴 세그먼트(6);
   상기 폴 세그먼트(6)들 사이에 배치된 하나 이상의 자석 슬롯(7);
   상기 자석 슬롯(7) 내에 배치되며 반경방향 외측으로 연장되는 하나 이상의 자석(8); 및
   비자성 재료로 제조되며 사출 성형법에 의해 상기 코어(2)의 전방면 및 후방면 상에 고정되는 2개의 단부 링(9)
   을 포함하며,
   상기 자석(8)의 축방향으로의 길이는 상기 자석 슬롯(7)의 길이보다 길고, 상기 코어(2)의 전방면 및 후방면으로부터 외측방향으로 연장되는 상기 자석의 일부는 상기 단부 링(9) 내에 매입되는
   것을 특징으로 하는,
   로터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 자석 슬롯(7)은 상기 허브(5)로부터 반경방향 외측으로 좁아지고, 사다리꼴 단면을 갖는 자석(8)은 상기 자석 슬롯(7) 내에 위치되는 것을 특징으로 하는,
   로터.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 폴 세그먼트(6)를 반경방향으로 통과함으로써 둥근 에지를 갖는 하나 이상의 구멍(10)이 각각의 폴 세그먼트(6)를 종방향으로 움푹하게 파내고, 상기 하나 이상의 구멍(10)의 반경방향으로의 단면 길이는 그 폭보다 크고, 상기 구멍(10) 내에 비자성 물질을 주입함으로써 형성된 하나 이상의 바아(11)는 상기 코어(2)를 따라 축방향으로 상기 단부 링(9)들 사이로 연장되어 상기 허브(5) 주위에 케이지를 형성하는 것을 특징으로 하는,
   로터.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 구멍(10)과 상기 바아(11)의 단면은 짧은 둥근 에지를 갖는 장타원형(oblong)인 것을 특징으로 하는,
   로터.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 구멍(10)과 상기 바아(11)의 단면은 짧은 둥근 에지를 갖는 타원형(elliptic)인 것을 특징으로 하는,
   로터.
   

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