KR20170028266A

KR20170028266A - 단상 영구 자석 모터

Info

Publication number: KR20170028266A
Application number: KR1020160112481A
Authority: KR
Inventors: 유에 리; 추이 요우 조우; 용 왕; 용 리
Original assignee: 존슨 일렉트릭 에스.에이.
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2017-03-13
Also published as: JP2017060391A; BR102016020152A2; US20170063186A1; US10270325B2; MX2016011284A; MX364600B; CN106487112A; DE102016116186A1

Abstract

본 발명은 고정자 코어 및 영구 자석 회전자를 포함하는 단상 영구 자석 모터를 제공한다. 고정자 코어는 단부 부분 및 상기 단부 부분으로부터 연장하는 2개의 아암 부분을 포함한다. 각각의 아암 부분은 상기 단부 부분에 연결되는 연결 아암 및 상기 연결 아암의 원위 단부에 형성되는 폴 클로(pole claw)를 포함한다. 2개의 폴 클로는 수용 공간을 한정한다. 회전자는 고정자 코어의 수용 공간에 회전가능하게 배치된다. 상기 로터는 자기 물질로 구성된 회전자 코어 및 상기 회전자 코어에 부착되는 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다.

Description

단상 영구 자석 모터{Single Phase Permanent Magnet Motor}

본 발명은 단상 모터에 관한 것으로, 더 상세히는 단상 영구 자석 모터의 고정자 코어에 관한 것이다.

단상 영구 자석 모터는 보통 고정자 코어, 고정자 권선, 및 영구 자석 회전자로 구성된다. 고정자 코어는 일반적으로 한 쌍의 극 아암(pole arm)을 포함하는 U-형상이다. 한 쌍의 자극은 극 아암의 원위 단부에 형성된다. 영구 자석 회전자는 고정자 코어의 자극 사이에 회전가능하게 배치된다. 영구 자석 회전자는 회전 샤프트 및 오버 몰딩 공정(over-molding process)을 사용하여 회전 샤프트에 고정되는 영구 자석 부재를 포함한다. 본 발명은 새로운 단상 영구 자석 모터를 제공한다.

따라서, 본 발명은 고정자 코어 및 영구 자석 회전자를 포함하는 단상 영구 자석 모터를 제공한다. 고정자 코어는 단부 및 상기 단부로부터 연장하는 2개의 아암부를 포함한다. 각각의 아암부는 상기 단부에 연결되는 연결 아암 및 상기 연결 아암의 원위 단부에 형성되는 극 클로를 포함한다. 2개의 극 클로는 수용 공간을 한정한다. 회전자는 상기 고정자 코어의 상기 수용 공간에 회전가능하게 배치된다. 회전자는 자성체로 구성되는 회전자 코어 및 상기 회전자 코어에 부착되는 적어도 하나의 영구 자석을 포함한다.

바람직하게, 상기 영구 자석은 상기 회전자 코어의 외벽 표면에 부착된다.

바람직하게, 상기 회전자는 상기 영구 자석 주변을 둘러싸는 몰딩된 홀더를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 몰딩된 홀더는 사출 성형에 의해 일체 형성된다.

바람직하게, 2개의 극 클로는 그 사이에 형성된 슬롯 개구와 이격되며, 상기 슬롯 개구는 상기 고정자 코어와 상기 회전자 사이에 형성된 에어 갭의 4배보다 작은 폭을 갖는다.

바람직하게, 2개의 극 클로는 그 사이에 형성된 슬롯 개구와 이격되며, 상기 슬롯 개구는 상기 고정자 코어와 상기 회전자 사이에 형성된 에어 갭의 2배보다 작은 폭을 갖는다.

바람직하게, 각각의 극 클로는 상기 연결 아암으로부터 다른 극 클로로 연장하는 벽 부분을 포함하고, 2개의 극 클로의 2개의 벽 부분은 반대 방향으로 연장하며 그 사이에 슬롯 개구를 한정한다.

바람직하게, 2개의 극 클로는 상기 회전자를 둘러싸는 아크 극 표면을 형성하고, 각각의 극 클로의 상기 아크 극 표면은 시작 그루브를 형성하도록 내향하여 리세스되고, 상기 시작 그루브는 상기 극 클로의 중심축으로부터 오프셋되며, 2개의 시작 그루브는 원주방향을 따라 180도로 이격된다.

바람직하게, 상기 회전자의 상기 회전자 코어는 중공 원통형이며 그 안에 회전 샤프트를 수용하기 위한 중앙 스루 홀을 한정한다.

바람직하게, 상기 적어도 하나의 영구 자석은 2개의 이격된 영구 자석을 포함하고, 상기 몰딩된 홀더는 상기 영구 자석의 외륜 커버 외벽 표면 및 2개의 영구 자석 사이의 공간에서 충전되는 2개의 측면 플레이트를 포함하며, 상기 측면 플레이트는 상기 외륜과 일체 연결된다.

바람직하게, 상기 영구 자석의 내벽 표면은 상기 회전자 코어에 부착되고, 외벽 표면은 아크 표면 및 상기 아크 표면의 2개의 단부에 형성되는 2개의 평면 표면을 포함하고, 외벽 표면의 아크 표면은 상기 내벽 표면과 동축이고, 2개의 연결 벽 표면은 상기 내벽 표면과 외벽 표면의 2개의 평면 표면 사이에 형성되며, 2개의 연결 벽 표면은 동일 평면상에 있다.

바람직하게, 상기 연결 벽 표면은 상기 평면 표면에 수직이며 2개의 영구 자석의 동일한 측에서의 상기 평면 표면은 동일 평면상에 있다.

바람직하게, 상기 단부 및 상기 아암부는 복수의 라미네이션을 적층함으로써 개별적으로 형성되며 기계적으로 연결되고, 상기 아암부 중 하나와 상기 단부는 잠금 그루브를 형성하고, 상기 아암부 중 다른 하나와 상기 단부는 잠금 블록을 형성하며, 상기 잠금 블록은 상기 아암부 및 상기 단부를 연결하도록 상기 잠금 그루브에 체결된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터를 도시한다.
도 2는 도 1의 모터의 고정자 코어의 분해도를 도시한다.
도 3은 도 1의 모터의 영구 자석 회전자의 분해도를 도시한다.
도 4는 도 1의 모터의 영구 자석 회전자의 평면도를 도시한다.
도 5는 도 1의 모터의 평면도를 도시한다.

도면들은 축척대로 도시되지 않았으며, 유사한 구조 또는 기능들은 일반적으로 전체도면에서 설명의 목적으로 유사한 참조번호로 표시되었다. 또한, 도면들은 바람직한 실시예들의 설명을 촉진하기 위한 목적만을 가진다. 도면들은 바람직한 실시예들의 모든 특성들을 도시하지 않았으며 본 발명 개시사항의 범위를 제한하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터를 도시한다. 모터는 고정자 코어(10), 고정자 코어(10)를 기준으로 감기는 권선(미도시) 및 고정자 코어(10)에 회전 가능하게 배치된 영구 자석 회전자(12)를 포함한다. 바람직하게, 본 실시예에서, 고정자 코어(10)는 일반적으로 U-형상이고, 회전자(12)는 고정자 코어(10)에서 한정된 회전자 수용 공간에 수용된다. 고정자 코어(10)는, 회전자(12)가 회전하도록 푸시하는 회전자(12)의 자극과 상호작용하는 한 쌍의 자극을 형성한다. 도면에서, 알려진 단상 영구 자석 모터에서 구성될 수 있는 권선, 권선의 전류를 제어하기 위한 제어 회로, 모터 하우징 등과 같은 모터의 일부 부분은 도시되지 않는다.

*고정자 코어(10)는 페라이트(ferrite)와 같은 연성 자성체로 구성될 수 있다. 도 2 및 도 5를 참조하면, 고정자 코어(10)는 단부(14) 및 단부(14)로부터 외향하여 수직으로 연장하는 극 아암(16)을 포함한다. 본 실시예에서, 단부(14) 및 극 아암(16)은 별도로 형성되어서 권선이 감기는 것을 가능하게 하는 기계적 연결을 통해 함께 연결된다. 단부(14)는 2개의 잠금 그루브(잠금 그루브)(18)를 형성한다. 극 아암(16)은 상응하는 잠금 블록(잠금 블록)(20)을 형성하도록 외향하여 돌출한다. 잠금 블록(20)은 단부(14)와 극 아암(16)을 연결하도록 축방향을 따라 잠금 그루브(18)내로 각각 삽입된다. 바람직하게, 잠금 블록(20)은 도브테일(dovetail) 형상이며 잠금 그루브(18)는 잠금 블록(20)에 매칭되는 형상을 가지므로, 잠금 블록(20)과 잠금 그루브(18)사이의 연결은 그 사이의 분리를 회피하기 위하여 강화된다. 다른 실시예에서, 잠금 그루브(18)는 극 아암(16)에 형성될 수 있고, 잠금 블록(20)은 단부(14) 상에서 상응하게 형성되며, 극 아암(16) 및 단부(14)는 마찬가지로 고정자 코어(10)를 형성하도록 함께 연결된다.

바람직하게, 단부(14) 및 극 아암(16)의 각각은 실리콘 강판(silicon steel sheet)과 같은 복수의 라미네이션(라미네이션)을 적층함으로써 만들어진다. 도면은 오직, 다수의 적층된 층의 특정 구조를 도시하지 않고, 라미네이션이 적층된 후의 단부(14) 및 극 아암(16)의 전체 형상을 도시한다. 라미네이션의 조립을 가능하게 하기 위하여, 각각의 라미네이션은, 상응하는 조립 홀(22)을 갖고 형성된다. 본 실시예에서, 조립 홀(22)은 리세스된 블라인드 홀(recessed blind hole)이며 라미네이션은 블라인드 홀에 상응하는 돌출부를 형성한다. 라미네이션을 적층하는 동안, 일 라미네이션의 돌출부는 그 사이에 기계적 연결부를 형성하도록 인접한 라미네이션의 조립 홀에 체결된다. 단부(14) 및 극 아암(16)은 방법에 의해 각각 형성된다.

극(16)은 2개의 별도의 아암부(24)를 포함한다. 2개의 아암부(24)는 서로 병렬이며 이격되며 실질적으로 대칭인 구조를 갖는다. 각각의 아암부(24)는 세장형이며, 연결 아암(26) 및 연결 아암(26)의 원위 단부에 형성되는 극 클로(극 클로)(28)를 포함한다. 2개의 연결 아암(26)은 서로 병렬로 배치된다. 단부(14)를 향한 각각의 연결 아암(26)의 단면은 하나의 이러한 잠금 블록(20)을 형성하도록 외향하여 돌출한다. 단부(14)는 전체적으로, 직육면체의 형태이며, 잠금 그루브(18)는 2개의 연결 아암(26)의 잠금 블록(20)과 연결하도록 그의 2개의 측에 형성된다. 2개의 극 클로(28)는 단부(14)로부터 멀리 위치되고 고정자 코어(10)의 한 쌍의 자극으로 기능한다. 권선에 전력이 공급되면, 자극은 반대되는 극성을 갖도록 편광된다. 2개의 극 클로(28)는 서로 대향하고 이격되며, 이것은 공조하여 회전자(12)를 수용하기 위한 공간(30)을 한정한다. 2개의 극 클로(28)의 대향하는 내벽 표면은 2개의 아크 극 표면(32)을 형성하도록 리세스된다. 아크 극 표면(32)은 공간(30)을 둘러싸며, 마주보고(confront), 회전자(12)의 외표면으로부터 이격되며, 에어 갭이 그 사이에 형성된다.

본 실시예에서, 각각의 극 클로(28)는 일반적으로 C-형상이며, 각각 2개의 벽 부분(34)을 형성하도록 연결 아암(26)에 관하여 측방향으로 외향하여 돌출한다. 벽 부분(34)은 단부(14)에 일반적으로 병렬이며 2개의 연결 아암(26)사이의 공간에 위치된다. 바람직하게, 벽 부분(34)의 연장 길이는 연결 아암(26)사이의 공간의 폭의 절반보다 작다. 이처럼, 아암부(24)의 조립 후에, 2개의 극 클로(28)의 벽 부분(34)은 그 사이에 형성되는 작은 슬롯 개구(36)를 갖고 서로 대향한다. 슬롯 개구(36)는 2개의 연결 아암(26) 사이의 공간의 중심을 면하도록 위치된다. 슬롯 개구(36)는 연결 아암(26) 사이의 스페이싱의 폭보다 훨씬 작은 폭을 가져서, 원주 방향의 아크 극 표면(32)의 단절(discontinuity)의 폭은 존재하는 자극 구조에 비해 훨씬 감소되고, 이것은 코깅 토크를 효율적으로 감소시키고, 회전자(12)가 더 스무스하게 회전하게 하며 노이즈를 감소시킬 수 있다.

바람직하게, 슬롯 개구(36)의 폭은 고정자 코어(10)와 회전자(12)사이의 에어 갭의 4배보다 작다. 더 바람직하게, 슬롯 개구(36)의 폭은 에어 갭의 2배보다 작다. 또한, 2개의 슬롯 개구(36)는 상이한 폭을 가질 수 있고, 즉, 아크 극 표면(32)은 상이한 폭을 갖고 원주 방향을 따라 상이한 위치에서 단절(discontinue)될 수 있다. 이러한 경우에, 아크 극 표면(32)의 단절의 최소 폭은 아크 극 표면(32)과 회전자(12) 사이의 에어 갭의 폭의 3배보다 작고, 가능한 많이 코깅 토크를 줄이면서 자기 누설을 줄인다.

바람직하게, 내향하여 리세스되는 시작 그루브(38)는 아크 극 표면(32)에서 형성된다. 시작 그루브(38)는 각도만큼 극 클로(28)의 중심축(X)(도 5)으로부터 오프셋된다. 본 실시예에서, 2개의 극 클로(28) 상에 배치되는 2개의 시작 그루브(38)가 각각 존재한다. 하나의 시작 그루브(38)는 하나의 상응하는 극 클로(28)의 내부 단부에서 벽 부분(34)에 인접하게 위치되며, 다른 시작 그루브(38)는 다른 상응하는 극 클로(28)의 외부 단부에서 벽 부분(34)에 인접하게 위치된다. 2개의 시작 그루브(38)는 원주 방향을 따라 180도 이격된다. 아크 극 표면(32) 및 회전자(12)는 시작 그루브(38)의 영역에서 그 사이에 최대 에어 갭을 가져서, 모터가 파워 오프(power off)되고 회전자가 회전을 멈출 때, 회전자(12)의 극 축은 각도만큼 극 클로(28)의 중심축(X)으로부터 오프셋되어서 데드 포인트를 회피하여, 다시 전력이 공급될 때 모터가 성공적으로 시동될 수 있는 것을 보장한다.

또한 도 3 내지 도 5를 참조하면, 영구 자석 회전자(12)는 회전 샤프트(62), 회전 샤프트(62)에 고정되는 회전자 코어(42) 및 회전자 코어(42)에 부착되는 2개의 영구 자석(44)을 포함한다.

회전자 코어(42)는 페라이트와 같은 연성 자성체로 구성되고, 이것은 전체적으로 중공 실린더의 형상을 한다. 바람직하게, 회전자 코어(42)는 회전 샤프트(62)가 통과하는 것을 허용하기 위하여 그의 중심에 스루 홀(48)을 한정한다. 2개의 영구 자석(44)은 회전자 코어(42)의 외벽 표면에 부착되며 대칭으로 배치된다. 2개의 영구 자석(44)은 원주방향으로 서로 이격된다. 2개의 영구 자석(44)은 방사상으로 자화되며 반대 극성을 갖는다. 본 실시예에서, 각각의 영구 자석(44)은 일반적으로 반원형상이며, 원주 방향으로 회전자 코어(42)의 거의 절반 둘레를 커버한다. 영구 자석(44)은 방사상 외벽 표면(50), 방사상 내벽 표면(52) 및 외벽 표면(50)과 내벽 표면(52)을 연결하는 2개의 동일한 평면상의 연결 벽 표면(54)을 포함한다. 바람직하게, 외벽 표면(50) 및 내벽 표면(52)은 서로 동축이며, 내벽 표면(52)은 회전자 코어(42)의 외벽 표면에 부착된다. 외벽 표면(50)은 아크 표면(56) 및 아크 표면(56)의 2개의 원주방향 단부로부터 연결 벽 표면(54)으로 연장하는 2개의 평면 표면(58)을 포함한다. 회전자(12)와 동축인 아크 표면(56)은 영구 자석(44)의 아크 극 표면의 역할을 한다. 2개의 평면 표면(58)은 서로 병렬로 배치되며 포지셔닝을 가능하게 하기 위해 연결 벽 표면(54)과 수직으로 연결된다.

2개의 영구 자석(44)의 연결 벽 표면(54)은 서로 대향하며 각각 병렬로 배열된다. 2개의 영구 자석(44)의 연결 벽 표면(54)은 서로 이격된다. 2개의 영구 자석(44)의 2개의 아크 표면(56)은 회전자(12)와 동축인 원통형 표면상에 위치된다. 2개의 영구 자석(44)의 동일한 측면에서의 2개의 평면 표면(58)은 동일 평면상에 있다(coplanar).

본 발명의 단상 영구 자석 모터의 회전자의 영구 자석(44)은 자기 전도성 회전자 코어(42)에 고정되며, 이것은, 회전자의 자계 강도를 증가시키며 모터의 출력 밀도를 증가시킨다.

바람직하게, 회전자는 영구 자석(44)과 회전자 코어(42) 사이의 연결 강도를 강화하도록 영구 자석(44) 주변을 둘러싸는(wrap) 몰딩된 홀더(46)를 더 포함한다. 몰딩된 홀더(46)는 사출 성형(injection molding)에 의해 형성될 수 있다. 사출 성형 공정에서, 회전자 코어(42) 및 영구 자석(44)은 몰드에 위치되며, 플라스틱은 몰드내에 주입되어서, 회전자 코어(42) 및 영구 자석(44) 주변에 몰딩된 홀더(46)를 형성하여, 회전자(12)를 하나의 피스로 사전조립한다. 이러한 회전자(12)는 쉽게 형성될 수 있다. 몰딩된 홀더(46)는 영구 자석(44)의 전체 외벽 표면(50)을 커버하며 영구 자석(44)과 회전자 코어(42) 사이의 갭을 충전한다. 몰딩된 홀더(46)는 영구 자석(44)을 둘러싸는 외륜(60) 및 2개의 영구 자석(44) 사이의 갭을 충전하는 2개의 측면 플레이트(64)를 포함한다. 외륜(60)의 외표면은 회전자 코어(42)와 동축인 일반적으로 표준 원통형 표면이다. 측면 플레이트(46)는 외륜(44)과 일체 연결된 외부 단부 및 회전자 코어(42)의 외벽 표면에 연결되는 내부 단부를 가져서 2개의 영구 자석(44)을 분리한다.

본 발명의 상기 실시예에서, 고정자 코어(10)의 2개의 극 클로(26)는 벽 부분(34)을 형성하도록 외향하여 연장하며, 벽 부분(34)은 얇은 슬롯 개구(36)를 한정하여, 가능한 코깅 토크를 줄이면서 자기 누설을 효율적으로 줄인다. 영구 자석 회전자(12)는 회전자 코어(42)를 포함하며, 영구 자석(44)은 회전자 코어(42)의 외표면에 고정되고, 이것은 회전자의 자계 강도를 증가시켜서 모터의 출력 밀도를 증가시킨다. 또한, 회전자(12)의 회전자 코어(42) 및 영구 자석(44)은 몰딩된 홀더(46)를 통해 일체 연결되고, 이것은 회전자(12)의 조립 및 운반을 가능하게 하기 위한 하나의 피스 바디(one piece body) 내로 회전자(12)를 사전조립(preassemble)할 수 있다.

이상에서 본 발명을 하나 이상의 바람직한 실시예들을 통해 설명하였으나, 당업계에 통상의 지식을 가지는 자라면 다양한 변경이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위를 참조하여 결정되어야 할 것이다.

Claims

단상 영구 자석 모터로서,
단부 및 상기 단부로부터 연장하는 2개의 아암부를 포함하는 고정자 코어 - 각각의 아암부는 상기 단부에 연결되는 연결 아암 및 상기 연결 아암의 원위 단부에 형성되는 극 클로(pole claw)를 포함하고, 2개의 극 클로는 수용 공간을 한정함 - ; 및
상기 고정자 코어의 상기 수용 공간에 회전가능하게 배치된 영구 자석 회전자 - 회전자는 회전자 코어 및 상기 회전자 코어에 부착되는 적어도 하나의 영구 자석을 포함하며, 상기 회전자 코어는 자성체로 구성됨 - 를 포함하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 영구 자석은 상기 회전자 코어의 외벽 표면에 부착되는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 회전자는 상기 영구 자석 주변을 둘러싸는(wrapping) 몰딩된 홀더(molded holder)를 더 포함하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 3에 있어서, 상기 몰딩된 홀더는 사출 성형에 의해 일체 형성되어 있는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 2개의 극 클로는 그 사이에 형성된 슬롯 개구와 이격되며, 상기 슬롯 개구는 상기 고정자 코어와 상기 회전자 사이에 형성된 에어 갭의 4배보다 작은 폭을 갖는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 2개의 극 클로는 그 사이에 형성된 슬롯 개구와 이격되며, 상기 슬롯 개구는 상기 고정자 코어와 상기 회전자 사이에 형성된 최소 에어 갭의 2배보다 작은 폭을 갖는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 각각의 극 클로는 상기 연결 아암으로부터 다른 극 클로쪽으로 연장하는 벽 부분을 포함하고, 2개의 극 클로의 2개의 벽 부분은 대향하는 방향으로 연장하며 그 사이에 슬롯 개구를 한정하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 2개의 극 클로는 상기 회전자를 둘러싸는 아크 극 표면을 형성하고, 각각의 극 클로의 상기 아크 극 표면은 시작 그루브(startup groove)를 형성하도록 내향하여 리세스되고, 상기 시작 그루브는 상기 극 클로의 중심축으로부터 오프셋되며, 2개의 시작 그루브는 원주방향을 따라 180도로 이격되는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 3에 있어서, 상기 회전자의 상기 회전자 코어는 중공 원통형이며 그 안에 회전 샤프트를 수용하기 위한 중앙 스루 홀을 한정하는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 3에 있어서, 상기 적어도 하나의 영구 자석은 2개의 이격된 영구 자석을 포함하고, 상기 몰딩된 홀더는 상기 영구 자석의 외륜 커버 외벽 표면 및 2개의 영구 자석 사이의 공간에 채워지는 2개의 측면 플레이트를 포함하며, 상기 측면 플레이트는 외륜과 일체 연결되어 있는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 10에 있어서, 상기 영구 자석의 내벽 표면은 상기 회전자 코어에 부착되고, 외벽 표면은 아크 표면 및 상기 아크 표면의 2개의 단부에 형성되는 2개의 평면 표면을 포함하고, 상기 외벽 표면의 아크 표면은 상기 내벽 표면과 동축이고, 2개의 연결 벽 표면은 상기 내벽 표면과 상기 외벽 표면의 2개의 평면 표면 사이에 형성되며, 2개의 연결 벽 표면은 동일 평면상에 있는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 11에 있어서, 상기 연결 벽 표면은 상기 평면 표면에 수직이며 2개의 영구 자석의 동일한 측에서의 상기 평면 표면은 동일 평면상에 있는, 단상 영구 자석 모터.
청구항 1에 있어서, 상기 단부 및 상기 아암부는 복수의 라미네이션을 적층함으로써 개별적으로 형성되며 기계적으로 연결되고, 상기 아암부 중 하나와 상기 단부는 잠금 그루브를 형성하고, 상기 아암부 중 다른 하나와 상기 단부는 잠금 블록을 형성하며, 상기 잠금 블록은 상기 아암부 및 상기 단부를 연결하도록 상기 잠금 그루브에 체결되는, 단상 영구 자석 모터.