KR20170028270A - 단상 영구 자석 모터 및 그 고정자 코어 - Google Patents

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KR20170028270A
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용 리
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존슨 일렉트릭 에스.에이.
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Abstract

단상 영구 자석 모터는 고정자 코어, 권선 및 영구 자석 회전자를 포함한다. 고정자 코어는 단부 및 각각이 연결 암 및 극 크로를 포함하는 2개의 이격된 암부를 포함한다. 각 극 크로는 긴 극단 및 짧은 극단을 가지며, 극면을 형성한다. 각 극 크로의 긴 극단은 다른 극 크로의 짧은 극단에 대응하며, 그들 사이에 슬롯 개구가 형성된다. 슬롯 개구는 원호 극면이 원주 방향을 따라 불연속을 초래하며, 원호 극면은 내부로 만곡되어 시동 그루브를 형성한다.

Description

단상 영구 자석 모터 및 그 고정자 코어{Single Phase Permanent Magnet Motor And Stator Core Thereof}
본 발명은 단상 모터에 관한 것이며, 특히 단상 영구 자석 모터의 고정자 코어에 관한 것이다.
단상 영구 자석 모터는 일반적으로 고정자 코어, 고정자 권선, 및 영구 자석 모터로 구성된다. 고정자 코어는 일반적으로 U-자형태이며, 2개의 이격된 극 암을 포함한다. 극 클로는 각 극 암의 원위 단부에 형성된다. 각 극 클로의 내벽면은 내부로 리세스되어 원호 극 표면을 형성한다. 권선은 극 암 주위에 감긴다. 회전자는 2개의 극 클로 사이에 배치되고, 원호 극 표면과 면하며, 일반적으로 균일한 공극이 그 사이에 형성된다.
회전자의 시동을 용이하게 하기 위하여, 원호 극 표면이 내부로 리세스되어 시동 홈을 형성한다. 시동 홈은 극 클로의 중심축으로부터 오프셋되어, 회전자가 파워오프 이후에 회전을 중지하는 경우, 회전자의 극축이 극 클로의 중심축으로부터 일정 각도만큼 오프셋되어 시동 각도를 형성한다. 대응하는 시동 회로의 구동 하에서, 회전자는 모터가 에너지 공급되는 경우에 필요한 방향을 따라 성공적으로 시동될 수 있다. 그러나, 상술한 단상 영구 자석은 양방향 시동을 필요로 하는 조건에서는 불가능하며, 이는 응용을 제한한다.
그러므로, 양방향 시동이 가능한 단상 영구 자석 모터 및 이러한 모터의 고정자 코어에 대한 요구가 있다.
한 측면에서, 본 발명은 고정자 코어를 제공하되, 상기 고정자 코어는 단부; 및 상기 단부로부터 연장하는 2개의 이격된 암부를 포함한다. 각각의 암부는 상기 단부에 연결된 연결 암 및 상기 연결 암의 원위 단부에 형성된 극 클로를 포함하며, 2개의 극 클로는 회전자를 수용하기 위한 공간을 규정하고, 각각의 극 클로는 극 표면을 가지며, 긴 극 팁 및 짧은 극 팁을 형성하며, 각각의 극 클로의 긴 극 팁은 다른 극 클로의 짧은 극 팁에 대응하며, 그것들 사이에 슬롯 개구가 형성되며, 극 표면은 내부로 리세스되어 적어도 하나의 시동 홈을 형성한다.
바람직하게는, 시동 홈은 극 클로의 중심축에 위치된다.
바람직하게는, 상기 시동 홈은 극 클로의 중심축에 대해 대칭이며, 2개의 원주 측면으로부터 그의 중심을 향하여 가면서 점차 증가하는 깊이를 갖는다.
바람직하게는, 긴 극 팁 및 짧은 극 팁 각각은 극 클로의 중심축에 대해 일정 각도로 경사진 단부면을 갖는다.
바람직하게는, 동일 극 클로의 긴 극 팁 및 짧은 극 팁의 단부면은 동일 평면 상에 위치된다.
바람직하게는, 2개의 극 클로의 단부면은 서로에 대해 평행하다.
바람직하게는, 연결 암으로부터 연장하는 긴 극 팁의 길이는 연결 암들 사이의 간격의 폭의 절반 보다 크다.
바람직하게는, 단부 및 암부 각각은 복수개의 라미네이션을 적층함에 의해 형성되고, 기계적으로 상호 연결되며, 각각의 암부 및 단부 중 하나는 잠금 홈을 형성하고, 각각의 암부 및 단부 중 다른 하나는 잠금 블록을 형성하며, 각각의 잠금 블록은 하나의 대응하는 잠금 홈에서 맞물려서, 암부 및 단부를 연결한다.
제2 측면에서, 본 발명은 고정자 코어를 제공하되, 상기 고정자 코어는 단부; 및 상기 단부로부터 연장하는 2개의 이격된 암부를 포함하며, 각각의 암부는 상기 단부에 연결된 연결 암 및 상기 연결 암의 원위 단부에 형성된 극 클로를 포함하며, 각각의 극 클로는 극 표면을 형성하며, 2개의 극 클로는 이격되어 2개의 슬롯 개구를 형성하며, 2개의 슬롯 개구를 연결하는 라인은 2개의 극 표면의 중심을 연결하는 라인에 대해 경사지며, 극 표면은 슬롯 개구 보다는 극 클로의 중심축에 더 가까이 위치되는 시동 홈을 갖는다.
바람직하게는, 시동 홈은 극 클로의 중심축에 위치된다.
바람직하게는, 상기 슬롯 개구는 축방향을 따라 대체로 균일한 폭을 갖는다.
바람직하게는, 극 클로의 각각의 2개의 원주 단부는 극 팁을 형성하고, 2개의 극 클로의 대향된 극 팁의 단부면은 그들 사이에서 하나의 슬롯 개구를 규정하며, 단부면은 2개의 극 클로의 중심 라인에 대해 경사진다.
제3 측면에서, 본 발명은 단상 영구 자석 모터를 제공하되, 상기 단상 영구 자석 모터는 고정자 코어; 상기 고정자 코어의 암부 주위에 감긴 권선; 및 상기 고정자 코어 내에 회전 가능하게 배치된 영구 자석 회전자를 포함한다. 고정자 코어는 단부 및 단부로부터 연장하는 2개의 이격된 암부를 포함한다. 각각의 암부는 단부에 연결된 연결 암 및 연결 암의 원위 단부에 형성된 극 클로를 포함하며, 2개의 극 클로는 회전자를 수용하기 위한 공간을 규정하며, 각각의 극 클로는 극 표면을 가지며, 긴 극 팁 및 짧은 극 팁을 가지며, 각 극 코로의 긴 극 팁은 다른 극 클로의 짧은 극 팁에 대응하며, 그것들 사이에 슬롯 개구가 형성되며, 극 표면은 내부로 리세스되어 적어도 하나의 시동 홈을 형성한다. 극 클로와 회전자의 내면은 그 사이에 공극을 형성한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터를 도시한다.
도 2는 도 1의 모터의 분해도이다.
도 3은 도 1의 모터의 상부도이다.
도면은 스케일에 맞게 그려진 것은 아니며, 유사한 구조 또는 기능의 구성 요소는 일반적으로 도면을 통해 도식화를 목적으로 유사한 참조 번호로 표시된다. 도면은 단지 양호한 실시예의 설명을 용이하게 하기 위한 것이다. 도면은 설명된 실시예의 모든 측면을 도식화하지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 영구 자석 모터를 도시한다. 모터는 고정자 코어(10), 고정자 코어(10) 주위로 감긴 권선(도시 없음), 및 고정자 코어(10) 내에 회전식으로 배치되는 영구 자석 회전자(12)를 포함한다. 도면에서, 본 발명의 모터의 고정자 코어(10)의 구조 및 특징을 명확하게 보여주기 위하여, 권선, 권선을 전류를 제어하기 위한 제어 회로, 모터 하우징 등과 같은 모터의 일부분은 도시되지 않으며, 이는 단상 영구 자석 모터로 알려진 것과 같이 구성될 수 있다. 회전 샤프트는 부하와의 연결을 위하여 영구 자석 회전자(12)를 고정식으로 통과할 수 있다. 권선이 에너지 공급되는 경우, 고정자 코어(10)는 분극되고, 영구 자석 회전자(12)의 자계와 상호 작용하여, 영구 자석 회전자(12)가 회전하도록 하고, 이는 다시 부하를 동작하도록 구동한다.
고정자 코어(10)는 페라이트와 같은 연자성체로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 도 2에 도시된 것처럼, 본 실시예에서는, 고정자 코어(10)는 U-자 형태의 고정자 코어로서, 단부(14) 및 단부(14)로부터 외부로 수직으로 연장하는 극 암(16)을 포함한다. 이 실시예에서, 극 암(16)은 2개의 개별 암부(18)를 포함한다. 2개의 암부(18)는 서로 이격되고 서로 평행하게 배치되며, 둘다 단부(14)에 수직으로 연결된다. 이 실시예에서, 단부(14) 및 극 암(16)의 2개의 암부(18)는 개별적으로 형성되고, 다음으로 기계적 연결을 통해 함께 연결된다. 따라서, 권선 공정은 암부(18)가 단부(14)에 연결되기 이전에 완료될 수 있으며, 이는 권선 공정이 보다 용이하고 보다 편하도록 한다. 바람직하게는, 단부(14) 및 2개의 암부(18) 각각은 실리콘 강판과 같은 복수개의 코어 라미네이션을 적층함에 의해 만들어진다. 도면에서는 다중 적층된 층의 특정 구조를 도시하지 않고 코어 라미네이션이 적층된 이후에 단부(14)와 암부(18)의 전체 형상만을 도시한다. 코어 라미네이션의 조립을 용이하게 하기 위하여, 각각의 코어 라미네이션이 대응하는 조립 홀(20)을 가지고 형성된다. 이 실시예에서, 조립 홀(22)은 리세스된 블라인드 홀이며, 라미네이션은 블라인드 홀에 대응하는 돌출부를 갖는다. 라미네이션을 적층하는 동안, 한 라미네이션의 돌출부는 인접 라미네이션의 조립 홀 내에 맞물려서, 그들 사이에서 기계적 연결을 형성한다. 단부(14) 및 암부(18)는 각각이 이 방법에 의해 형성된다.
이 실시예에서, 단부(14)는 그 두 측면에 인접한 위치에 2개의 잠금 홈(22)을 형성한다. 단부(14)를 향하는 2개의 암부(18)의 단부면 각각은 잠금 블록(24)을 형성한다. 2개의 암부(18)의 잠금 블록(24)은 각각이 축방향을 따라 잠금 홈(22)에 삽입되어, 암부를 단부(14)와 연결하여, 고정자 코어(10)를 형성한다. 바람직하게는, 잠금 블록(24)은 도브테일 형상이며, 잠금 홈(22)은 잠금 블록(24)과 일치하는 형상을 가져서, 잠금 블록(24)가 잠금 홈(22) 사이의 연결이 강화되어, 그 사이의 이탈을 방지한다. 다른 실시예에서, 잠금 홈(22)은 암부(18) 내에 형성될 수 있으며, 잠금 블록(24)은 단부(14) 상에 대응하여 형성되며, 유사하게 암부(18) 및 단부(14)는 서로 연결되어 고정자 코어(10)를 형성한다.
극 암(16)의 2개의 암부(18)는 서로 대향되며, 대체로 대칭적 구조를 갖는다. 각각의 암부(18)는 신장되고, 연결 암(26) 및 연결 암(26)의 원위 단부에 형성된 극 클로(28)를 포함한다. 2개의 암부(18)의 연결 암(26)은 서로 평행하게 배치되며, 일정 간격 만큼 이격되어, 권선의 감김을 허용한다. 2개의 극 클로(28)는 서로 대향되고 이격된다. 2개의 극 클로(28)의 대향된 내벽면은 리세스되어 원호 극 표면(34)을 형성한다. 원호 극 표면(34)은 회전자를 그 내부에 수용하기 위한 수용 공간(32)을 규정한다. 수용 공간(32)은 일반적으로 회전자(12)와 동축인 닫히지 않은 원통의 형태이다. 수용 공간(32)은 회전자(12)의 직경 보다 약간 더 큰 직경을 갖는다. 결과적으로, 원호 극 표면(30)은 회전자(12)의 외부면으로부터 이격되고, 그 들 사이에는 작은 방사 거리가 형성되어, 회전자(12)가 회전하도록 하기 위하여 대체로 균일한 공극을 형성한다.
도 3을 또한 참조하면, 이 실시예에서, 각각의 극 클로(28)는 일반적으로 C-형상이며, 그의 2개의 원주 측면이 연결 암(26)에 대해 다른 극 클로(28)를 향하여 측방향으로 외부로 돌출하여, 긴 극 팁(34) 및 짧은 극 팁(36)을 각각 형성한다. 연결 암(26)에 대한 긴 극 팁(34)의 돌출부 길이는 연결 암들(26) 사이의 간격의 폭의 절반 보다 더 크며, 연결 암(26)에 대한 짧은 극 팁(36)의 돌출부 길이는 연결 암들(26) 사이의 간격의 폭 보다 훨씬 작다. 바람직하게는, 하나의 극 클로(28)의 짧은 극 팁(36)은 내부측에 위치 즉, 단부(14)에 인접한 측면에 위치되며, 하나의 극 클로(28)의 긴 극 팁(36)은 단부(14)로부터 멀어지는 외부측에 위치된다. 반대로, 다른 극 클로(28)의 긴 극 팁(34)은 내부측에 위치되고, 다른 극 클로(28)의 짧은 극 팁(36)은 외부측에 위치된다.
조립된 이후에, 각 극 클로(28)의 짧은 극 팁(36)은 다른 극 클로(28)의 긴 극 팁(34)에 대응한다. 바람직하게는, 연결 암(26)으로부터 돌출하는 짧은 극 팁(36)과 긴 극 팁(34)의 길이의 합은 연결 암(26)들 사이의 간격의 폭 보다 약간 작다. 조립된 이후에, 대응하는 긴 및 짧은 극 팁(34, 36)은 슬롯 개구(38)를 형성한다. 이러한 슬롯 개구(38)는 원호 극 표면(30)이 원주 방향을 따라 불연속되도록 하여, 자기 단락 회로를 방지한다. 바람직하게는, 슬롯 개구(38)는 축방향을 따라 대체로 균일한 폭을 가지며, 2개의 극 클로(28) 사이에 형성된 2개의 슬롯 개구(38)는 대체로 동일한 폭을 갖는다. 긴 극 팁(34)과 짧은 극 팁(36) 사이의 길이의 차이로 인하여, 슬롯 개구(38)의 위치는 2개의 연결 암(26) 사이의 간격의 중간으로부터 오프셋된다. 바람직하게는, 원주 극 표면(30)에서의 원주 방향으로의 불연속의 폭 즉, 슬롯 개구(36)의 폭은 고정자와 회전자 사이의 공극의 균일한 부분의 폭의 4배 보다 작다. 더욱 바람직하게는, 슬롯 개구(38)의 폭은 고정자와 회전자 사이의 공극의 균일한 부분의 폭의 2배 보다 작고, 이는 코깅 토크를 감소하며, 자기 누설을 가능한 감소시켜서, 모터의 효율을 보장하고, 노이즈를 감소시킨다. 바람직하게는, 2개의 슬롯 개구(38)를 연결하는 선이 회전자의 회전 샤프트의 중심을 통과한다. 바람직하게는, 긴 및 짧은 극 팁(34, 36)의 단부면(35, 37)은 극 클로(28)의 중심축(X)에 대해 일정 각도로 경사진다. 바람직하게는, 동일한 극 클로(28)의 긴 및 짧은 극 팁(34, 36)의 단부면(35, 37)은 다른 극 클로(28)의 긴 및 짧은 극 팁(34, 36)의 단부면(35, 37)이 위치되는 다른 평면에 평행한 동일한 평면 상에 위치된다. 결과적으로, 2개의 슬롯 개구(38)의 중심 선은 서로 일치하며, 중심선은 극 클로(28)의 중심축(X)에 대해 경사져서, 극 클로는 비대칭 구조이다. 이러한 디자인은 모터의 인덕턴스를 효과적으로 감소할 수 있다.
원호 극 표면(30)은 내부로 리세스되어 2개의 극 클로(28) 상에 각각 위치된 2개의 시동 홈(40)을 형성한다. 각각의 시동 홈(40)이 극 클로(28)의 중심축(X) 상에 위치된다. 시동 홈(40)은 축 대칭 구조이며, 극 클로(28)의 중심축(X)과 일치하는 중심축을 갖는다. 시동 홈(40)은 2개의 원주 측으로부터 그 중심을 향하여 점차 증가하는 깊이를 갖는다. 시동 홈(40)의 최대 깊이는 중심축(X)에 대응하는 위치에 있다. 원호 극 표면(30)이 내부로 리세스되어 시동 홈(40)을 형성하므로, 시동 홈(40)의 영역에서의 고정자 코어(10)와 회전자(12) 사이의 공극은 불균일하고, 공극은 극 클로(28)의 중심축(X)에 대응하는 시동 홈(40)의 위치에서 최대 폭을 갖는다.
이 실시예에서, 극 클로(28)는 그 두 측면에서 긴 및 짧은 극 팁(34, 36)을 형성하며, 극 팁(34, 36)의 단부면(35, 37)은 극 클로의 중심축(X)에 대해 경사진다. 이는 원호 극 표면(30)의 중심선이 중심축(X)에 대해 일정 각도로 경사지도록 하고, 이는 회전자(12)의 시동을 용이하게 하고, 인덕턴스를 효과적으로 감소시킨다.
본 발명이 하나 이상의 양호한 실시예를 참조로 설명되지만, 당업자라면 다양한 개조가 가능함을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 이하 청구범위에 의해 결정될 것이다.

Claims (13)

  1. 고정자 코어로서:
    단부; 및
    상기 단부로부터 연장하는 2개의 이격된 암부를 포함하되, 각각의 암부는 상기 단부에 연결된 연결 암 및 상기 연결 암의 원위 단부에 형성된 극 클로를 포함하며, 2개의 극 클로는 회전자를 수용하기 위한 공간을 규정하고, 각각의 극 클로는 극 표면을 가지며, 긴 극 팁 및 짧은 극 팁을 형성하며, 각각의 극 클로의 긴 극 팁은 다른 극 클로의 짧은 극 팁에 대응하며, 그것들 사이에 슬롯 개구가 형성되며, 극 표면은 내부로 리세스되어 적어도 하나의 시동 홈을 형성하는, 고정자 코어.
  2. 청구항 1에 있어서, 시동 홈은 극 클로의 중심축에 위치되는, 고정자 코어.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 시동 홈은 극 클로의 중심축에 대해 대칭이며, 2개의 원주 측면으로부터 그의 중심을 향하여 가면서 점차 증가하는 깊이를 갖는, 고정자 코어.
  4. 청구항 1에 있어서, 긴 극 팁 및 짧은 극 팁 각각은 극 클로의 중심축에 대해 일정 각도로 경사진 단부면을 갖는, 고정자 코어.
  5. 청구항 4에 있어서, 동일 극 클로의 긴 극 팁 및 짧은 극 팁의 단부면은 동일 평면 상에 위치되는, 고정자 코어.
  6. 청구항 5에 있어서, 2개의 극 클로의 단부면은 서로에 대해 평행한, 고정자 코어.
  7. 청구항 1에 있어서, 연결 암으로부터 연장하는 긴 극 팁의 길이는 연결 암들 사이의 간격의 폭의 절반 보다 큰, 고정자 코어.
  8. 청구항 1에 있어서, 단부 및 암부 각각은 복수개의 라미네이션을 적층함에 의해 형성되고, 기계적으로 상호 연결되며, 각각의 암부 및 단부 중 하나는 잠금 홈을 형성하고, 각각의 암부 및 단부 중 다른 하나는 잠금 블록을 형성하며, 각각의 잠금 블록은 하나의 대응하는 잠금 홈에서 맞물려서, 암부 및 단부를 연결하는, 고정자 코어.
  9. 고정자 코어로서:
    단부; 및
    상기 단부로부터 연장하는 2개의 이격된 암부를 포함하며, 각각의 암부는 상기 단부에 연결된 연결 암 및 상기 연결 암의 원위 단부에 형성된 극 클로를 포함하며, 각각의 극 클로는 극 표면을 형성하며, 2개의 극 클로는 이격되어 2개의 슬롯 개구를 형성하며, 2개의 슬롯 개구를 연결하는 라인은 2개의 극 표면의 중심들을 연결하는 라인에 대해 경사지며, 극 표면은 슬롯 개구 보다는 극 클로의 중심축에 더 가까이 위치되는 시동 홈을 갖는, 고정자 코어.
  10. 청구항 9에 있어서, 시동 홈은 극 클로의 중심축에 위치되는, 고정자 코어.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 슬롯 개구는 축방향을 따라 대체로 균일한 폭을 갖는, 고정자 코어.
  12. 청구항 10에 있어서, 극 클로의 각각의 2개의 원주 방향의 단부는 극 팁을 형성하고, 2개의 극 클로의 대향된 극 팁의 단부면은 그들 사이에서 하나의 상기 슬롯 개구를 규정하며, 단부면은 2개의 극 클로의 중심 라인에 대해 경사지는, 고정자 코어.
  13. 단상 영구 자석 모터로서:
    청구항 1에 기재된 고정자 코어;
    상기 고정자 코어의 암부 주위에 감긴 권선; 및
    상기 고정자 코어 내에 회전 가능하게 배치된 영구 자석 회전자를 포함하되, 극 표면 및 회전자가 그들 사이에 공극을 형성하는, 단상 영구 자석 모터.
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