KR20160116999A

KR20160116999A - 로터 및 그 제조방법, 상기 로터를 포함하는 모터

Info

Publication number: KR20160116999A
Application number: KR1020150045535A
Authority: KR
Inventors: 오지환
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-10
Also published as: CN106026460A; US20160294234A1; JP2016195533A; KR102401352B1; US10432046B2; EP3076521A1

Abstract

본 발명은 차량용 모터 및 이에 적용되는 로터에 대한 것으로, 복수 개의 로터코어부재가 적층되는 로터코어 및 상기 로터코어의 마그네트 삽입홀 내부에 삽입되는 복수 개의 마그네트를 포함하며, 최외각에 배치되는 상기 로터코어부재는,상기 마그네트삽입홀의 일측에서 상기 마그네트 삽입홀의 중심방향으로 돌출되는 고정패턴을 더 포함하는 로터를 제공할 수 있도록 한다.

Description

로터 및 그 제조방법, 상기 로터를 포함하는 모터{Rotor and Fabricatin method of the same, Motor and using the same}

본 발명은 차량용 모터 및 이에 적용되는 로터에 대한 것이다.

차량용 모터가 점차 고 토크, 고속사양으로 진화하면서 모터에 적용되는 로터(rotor) 어세이 구조에 대한 강건 설계가 필수설계로 요구되고 있다.

일반적으로 IPM 모터(Interior Permanant Magnet Motor)에 적용되는 로터의 구조는, 복수 매의 디스크 형상의 로터 코어부재를 적층하여 형성하는 적층 로터 코어를 형성하고, 이러한 로터 코어에 마그네트를 삽입하는 구조로 형성된다.

이 경우, 로터 코어에 삽입되는 마그네트는, 접착제 등을 이용하여 상기 마그네트 삽입 홀에 접착 고정하고 있다. 그러나 이러한 고정방식은 장기간 모터를 사용하거나, 고온 상태에서 오랜 시간 동안 사용할 경우, 마그네트를 고정하고 있는 접착제의 접착력이 약화되어, 마그네트가 최초 장착 위치에서 움직이거나, 접착제의 박리현상으로 인한 이물발생, 고온에서의 유리전이현상으로 인한 마그네트의 고정불가 상태가 되는 문제를 초래하게 된다.

이를 극복하기 위해 고온에서 견딜 수 있는 접착제가 요구되고 있기는 하나, 가격의 문제나 고속회전시 항구적인 안정성 확보의 문제, 그리고 경제성의 문제로 용이한 적용이 어려운 실정이다.

본 발명의 실시예들은, 상술한 문제를 해결하기 위하여 로터의 내부에 삽입되는 마그네트를 접착제를 사용하지 않는 방식으로 삽입고정 후, 로터부재의 상부면에 마그네트 삽입홀 주변부에 마그네트 고정패턴을 구현함으로써, 외부 환경변화에 따른 접착제의 박리로 인한 불안정한 구동현상 및 이물발생현상을 제거하여 신뢰성 있는 모터를 구현할 수 있도록 하며, 특히 로터의 축방향의 압력으로 인한 고정방식을 이용하여 안정적인 마그네트의 고정 구조를 구현하여 마그네트의 고정불량으로 인한 진동, 소음의 발생을 예방함과 동시에 공정비용의 절감을 구현할 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 복수 개의 로터코어부재가 적층되는 로터코어 및 상기 로터코어의 마그네트 삽입홀 내부에 삽입되는 복수 개의 마그네트를 포함하며, 최외각에 배치되는 상기 로터코어부재는,상기 마그네트삽입홀의 일측에서 상기 마그네트 삽입홀의 중심방향으로 돌출되는 고정패턴을 더 포함하는 로터를 제공할 수 있도록 한다.

특히, 상술한 구조의 로터는, 모터 하우징과 상기 모토 하우징에 배치되는 스테이터, 그리고 상기 스테이터 내측에 배치되는 로터 및 상기 로터의 중심을 관통하는 샤프트를 포함하여 모터로 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 로터의 내부에 삽입되는 마그네트를 접착제를 사용하지 않는 방식으로 삽입고정 후, 로터부재의 상부면에 마그네트 삽입홀 주변부에 마그네트 고정패턴을 구현함으로써, 외부 환경변화에 따른 접착제의 박리로 인한 불안정한 구동현상 및 이물발생현상을 제거하여 신뢰성 있는 모터를 구현할 수 있는 효과가 있다.

특히, 마그네트의 고정을 마그네트의 상부와 하부 방향에서 고정패턴이 지지하는 구조로 구현되는바, 로터의 축방향의 압력으로 인한 고정방식을 이용하여 안정적인 마그네트의 고정 구조를 구현하여 마그네트의 고정불량으로 인한 진동, 소음의 발생을 예방함과 동시에 공정비용의 절감을 구현할 수 있는 효과도 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 다른 로터의 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터의 구조를 설명하기 위한 단면개념도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터제조공정을 설명하기 위한 공정 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로터의 구조를 설명하기 위한 개념도이며, 도 2는 도 1의 로터부분의 요부를 확대한 개념도이다. 아울러, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로터의 구조를 설명하기 위한 단면개념도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 로터제조공정을 설명하기 위한 공정 개념도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 따른 로터(100)는, 복수 개의 로터코어부재가 적층되는 로터코어(110)와 상기 로터코어(110)의 내부에 삽입되는 복수 개의 마그네트(150)를 포함하여 구성되며, 특히, 다수의 적층구조로 구현되는 로터코어부재에서 최외각에 배치되는 상기 로터코어부재에 상기 마그네트삽입홀의 일측에서 상기 마그네트 삽입홀의 중심방향으로 돌출되는 고정패턴(112)을 더 포함하여 구성될 수 있도록 한다.

상기 고정패턴(112)는 상기 마그네트 삽입홀의 테두리부에서 중심부 방향으로 돌출구조로 구현되며, 상기 마그네트(150)의 상면 또는 하면을 지지 고정할 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있도록 한다. 이 경우, 상기 상기 고정패턴은, 별도의 독립부재로 구현될 수도 있으나, 바람직하게는 상기 마그네트 삽입홀과 일체로 구현될 수 있도록 한다. 일예로, 상기 고정패턴(112)는 최상층의 마그네트 부재의 마그네트 삽입홀이 형성되는 경계부 지역을 가압하여 일정 부분만큼 경계부 상면이 마그네트 삽입홀 쪽으로 돌출되도록 구현할 수 있다(도 4 참조).

이러한 고정패턴(112)을 상기 마그네트 부재와 일체형으로 구현하는 경우, 보다 구조적인 안정성을 확보할 수 있음은 물론, 상기 고정패턴(112)을 통해 상술한 마그네트를 로터코어(110) 내부에 안정적으로 고정할 수 있도록 하며, 별도의 접착제를 사용하지 않고도 고정하는 구조(이하, '비접착제 결합구조'라 정의한다.)를 구현하여 접착제로 인한 문제를 일소함과 동시에 고정의 신뢰성을 확보할 수 있도록 할 수 있다.

도 3은 이러한 상기 고정패턴(112)의 구조를 도시한 단면 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고정패턴(112)는, 다수의 로터코어부재가 적층된 로터(110) 내부로 삽입되는 마그네트(150)의 상면과 하면을 고정 지지할 수 있는 돌출구조로 구현될 수 있다. 특히, 마그네트삽입홀의 경계부에서 내측으로 돌출되는 구조로 구현될 수 있으며, 도 3의 (a), (b)에 도시된 것과 같이 상기 고정패턴(112)은, 상기 마그네트(150)의 상면 또는 하면의 일부를 덮는 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 고정패턴(112)은, 상기 마그네트삽입홀의 측면에서 0.3mm~1.0mm 돌출되는 구조로 구현될 수 있도록 한다. 0.3mm 미만의 돌출두께의 경우에는 고정 지지력이 약해져 마그네트의 이탈을 방지하기 어려워지며, 1.0mm를 초과하는 경우에는 고정력은 좋아지나, 균일한 두께의 로터코어부재의 두께 편차에 영향을 주게 되어 신뢰성 있는 자력 형성이 어려워지게 된다.

이에 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 3의 (a)에 도시된 것과 같이, 균일한 두께의 로터코어부재를 구현하는 것 외에도, 상기 로터코어의 최상층 및 최하층에 배치되는 로터코어부재의 두께(T1, T2) 다른 로터코어부재(T3, T4)보다 두꺼운 구조로 구현될 수 있도록 한다. 이를 통해, 도 4의 공정에서와 같이, 가압을 통해 마그네트 삽입홀의 경계부에서 돌출되도록 늘어나는 마그네트 부재의 변동을 완화하여 각 로터코어부재의 두께 편차로 인한 오류를 완화할 수 있게 된다. 이러한 실시예로는 상기 로터코어의 최상층 및 최하층에 배치되는 로터코어부재의 두께(T1, T2)와 다른 로터코어부재(T3, T4)의 두께 비율은 (1.1~2.0):1의 범위를 충족하도록 구현할 수 있다.

아울러 본 발명의 실시예에 따른 다양한 고정패턴의 구조는, 도 3의 (b)와 같이 마그네트의 상면 또는 하면에 일정한 영역에 면접촉하는 구조로 구현되는 형상이나, 도 3의 (c)와 같이 돌출되는 구조물을 다수 개로 형성하는 구조 등 다양하게 변형구현이 가능함은 물론이다.

이러한 고정패턴을 구현하는 방법을 도 4를 통해 설명하면 다음과 같다.

도 4를 참조하면, 우선, (a) 로터코어부재를 다수개를 적층하여 로터코어를 형성하고, (b) 최상면의 마그네트 삽입홀 경계부를 지그(J)를 통해 가압하여 고정패턴을 구현한다. 이후, (c) 로터코어(110)를 회전하여 마그네트 삽입홀에 마그네트를 삽입한 후, (d) 다시 로터코어를 고정하고, (e) 지그를 통해 최하면의 마그네트 삽입홀의 경계부를 지그로 가압하여 고정패턴을 구현함으로써, 마그네트를 안정적으로 고정할 수 있는 구조로 장착할 수 있다.

이 경우, (b) 단계의 공정과 (c) 단계의 공정은 순서를 바꾸어 진행할 수도 있다. 즉, 마그네트를 먼저 삽입하고, 로터코어의 상부 하부에 고정패턴을 구현하는 방식으로 진행할 수도 있다.

이하에서는, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 로터의 다른 구성을 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 상기 로터코어(110)는 얇은 판상의 디스크 형태인 로터코어 부재가 다수 개가 적층되어 형성되는 구조물이다. 이 경우, 상기 로터코어부재는 얇은 판상의 디스크 형태로 형성되며, 대략 0.5mm 내외의 두께를 가지는 강판으로 형성된다. 상기 로터 코어부재(101)는 얇은 강판을 펀칭 공정을 수행하여 형성하며, 복수 개가 적층 형성되어 로터 코어(110)를 형성한다. 상기 로터 코어부재들의 적층으로 형성된 로터 코어(110)의 중앙에는 추후, 샤프트가 결합하는 사프트결합홀(140)이 마련되며, 추후 상기 샤프트 결합홀(140)에는 샤프트가 압입 결합되어, 상기 샤프트를 중심으로 로터 코어가 회전 가능하게 모터에 설치된다.

상기 로터코어(110)의 내부에는 마그네트 삽입홀(111)이 다수 개가 마련될 수 있다. 상기 마그네트 삽입홀(111)은 상술한 복수 개의 마그네트가 삽입되는 구조로 결합할 수 있도록, 상기 로터코어(110)의 길이방향으로 연장되는 홀의 형태로 구현될 수 있다.

상기 마그네트 삽입 홀(111)에는 상기 샤프트 결합홀(1140)의 중심축과 평행한 방향으로 삽입 결합되는 마그네트(150)가 삽입되어 결합된다. 이 경우 상기 마그네트 삽입 홀(111)은 일정한 간격으로 복수 개가 관통 형성되는 것이 좋은데, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마그네트 삽입 홀(111)은 상기 로터 코어(1110)의 외주면을 따라 8개가 정팔각형을 형성하도록 배치되는 것이 바람직하다. 특히, 상기 마그네트 삽입홀(111)의 상면 경계부에는 본 발명의 실시예에 따른 고정패턴(112)가 돌출형성될 수 있음은 상술한 바와 같다.

한편, 상기 마그네트 삽입 홀(111)의 개수는 상기한 8개 이외에도 로터 코어의 크기 등의 변화에 따라 증감되어, 정오각형(5개), 정육각형(6개)로 이루어질 수도 있으며, 8개 이상으로 마련되는 것도 가능하다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 마그네트 삽입홀(111)과 삽입되는 마그네트(150) 사이에 접착제 등의 접착물질을 사용하지 않는 비접착제 구조로 결합하게 되는바, 상기 마그네트 삽입홀의 내표면과 상기 마그네트의 외표면의 전부 또는 일부는 접착제 없이 직접 면접촉을 하게 되는 구조로 구현될 수 있다.

또한, 상기 로터코어(110)의 상부면 및 하부면에는 한 쌍의 고정플레이트(120, 130)가 배치되며, 상기 고정플레이트(120, 130)는 상기 로터코어부재의 적층구조의 최상부면 및 최하부면의 표면과 면접촉하여 압입되어 결합될 수 있게 된다. 이 경우 본 발명의 특징적인 구성으로 상기 고정플레이트 중 로터코어(110)의 하부면에 배치되는 고정플레이트(120, 이하 '제1고정플레이트'라 한다.)는 상술한 것과 같이 표면 가공을 통해 일정한 돌출패턴인 마그네트고정용 압입패턴(121)을 다수 포함하여 마그네트의 축방향 지지력을 보완하는 구조로 구현할 수도 있다.

상기 제1 및 제2고정플레이트(120, 130)는 상기 로터 코어부재의 지름과 대응되는 디스크(disk) 형태로 구성되며, 추후 샤프트가 압입 되는 중앙의 통공(H1, H2)을 제외한 모든 부분이 막힌 상태로 형성되며, 본 발명의 비접착 결합구조를 구현하는 마그네트고정용 압입패턴이 돌출되도록 가공된다. 이때, 상기 통공(H1, H2)은, 결합되는 샤프트의 지름에 대응되도록 구성된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 고정플레이트는 상기 로터 코어부재의 두께와 대응되거나, 다소 두껍게 형성될 수 있다. 또한, 상기 로터 코어(100)의 소형화를 위해서는, 제 1 및 제 2 고정플레이트의 두께는 최소로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 고정플레이트(120, 130)는 상기 로터 코어부재와 같은 재질로 형성되는 것이 좋은데, 이는 압입 공정을 통한 소성 변형 및 상호 간섭에 의한 고정 용이성과 함께, 열 팽창 및 수축 시 동일한 열 팽창률로 함께 변하는 것이 바람직하기 때문이다. 아울러 상기 제 1 및 제 2 고정플레이트(120, 130)는는 각각 상기 로터 코어(100)의 노출된 최상면과 최하면에서 별도의 고정유닛 없이 압입공정에 이한 가압력으로 각각 결합되어, 상기 로터 코어(100)의 양 단의 노출면과 면 접촉되는 것이 바람직하다.

도 5는 도 1 내지 도 3에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 로터가 샤프트와 결합하여 조립되는 작용상태도를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 것과 같이, 도 1에서 상술한 본 발명의 실시예에 따른 로터(100)의 중심을 관통하는 샤프트(200)가 결합되며, 상술한 로터(100)의 상,하부면에는 고정플레이트(120, 130)이 배치되며, 특히, 상기 로터의 구조에 최상층 및 최하층의 로터코어부재에 마련되는 마그네트 삽입홀의 경계부에는 고정패턴이 구현되어 마그네트를 안정적으로 고정할 수 있도록 한다. 이를 통해 다수의 마그네트(150)가 접착제가 없이도 고정이 가능하게 된다. 이러한 로터는 추후 모터 하우징과 스테이터 등이 구조물과 결합하여 다양한 모터를 구현할 수 있게 할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 로터
110: 로터코어
111: 마그네트 삽입홀
112: 고정패턴
120: 제1고정플레이트
121: 마그네트고정용 압입패턴
130: 제2고정플레이트
140: 샤프트 결합홈
150: 마그네트
200: 샤프트

Claims

복수 개의 로터코어부재가 적층되는 로터코어; 및
상기 로터코어의 마그네트 삽입홀 내부에 삽입되는 복수 개의 마그네트;를 포함하며,
최외각에 배치되는 상기 로터코어부재는,
상기 마그네트삽입홀의 일측에서 상기 마그네트 삽입홀의 중심방향으로 돌출되는 고정패턴을 더 포함하는 로터.
청구항 1에 있어서,
상기 고정패턴은,
상기 마그네트 삽입홀과 일체로 구현되는 로터.
청구항 2에 있어서,
상기 고정패턴은,
상기 마그네트의 상면 또는 하면의 일부를 덮는 구조인 로터.
청구항 2에 있어서,
상기 고정패턴은,
상기 마그네트삽입홀의 측면에서 0.3mm~1.0mm 돌출되는 구조인 로터.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터코어의 최상층 및 최하층에 배치되는 로터코어부재의 두께가 다른 로터코어부재보다 두꺼운 로터코어.
모터 하우징;
상기 모토 하우징에 배치되는 스테이터;
상기 스테이터 내측에 배치되는 로터; 및
상기 로터의 중심을 관통하는 샤프트;를 포함하며,
상기 로터는,
복수 개의 로터코어부재가 적층되는 로터코어 및 상기 로터코어의 마그네트 삽입홀 내부에 삽입되는 복수 개의 마그네트를 포함하며,
최상층 및 최하층에 배치되는 로터코어부재에 상기 마그네트삽입홀의 일측에서 상기 마그네트 삽입홀의 중심방향으로 돌출되는 고정패턴을 더 포함하는 모터.
판상의 다수 개의 로터코어부재를 적층하여 로터코어를 형성하고,
상기 로터코어에 마련되는 다수의 마그네트 삽입홀에 마그네트를 삽입하고,
상기 로터코어부재의 최상층 또는 최하층의 마그네트 삽입홀의 주변부를 가압하여
상기 마그네트 삽입홀의 중심방향으로 돌출되는 고정패턴을 구현하는 로터의 제조방법.