KR20170031072A - 단상 영구 자석 모터 - Google Patents

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KR20170031072A
KR20170031072A KR1020160116471A KR20160116471A KR20170031072A KR 20170031072 A KR20170031072 A KR 20170031072A KR 1020160116471 A KR1020160116471 A KR 1020160116471A KR 20160116471 A KR20160116471 A KR 20160116471A KR 20170031072 A KR20170031072 A KR 20170031072A
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유에 리
추이 요우 조우
용 왕
용 리
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존슨 일렉트릭 에스.에이.
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Abstract

고정자와 이 고정자에 대해 회전 가능한 회전자를 포함하는 단상 영구 자석 모터. 고정자는 고정자 코어와 이 고정자 코어 둘레에 감기는 권선을 포함한다. 회전자는 회전자 코어와 복수의 영구 자극들을 포함한다. 고정자 코어는 적어도 하나의 제1 고정자 코어 라미네이션과 이 제1 고정자 코어 라미네이션과 적층되는 제1 고정자 코어 라미네이션을 포함한다. 제1 고정자 코어 라미네이션과 제2 고정자 코어 라미네이션의 내부 구조가 다르다. 이 구조는 모터의 진동과 잡음을 저감시키고, 발생 가능한 시동 사점을 벗어나게 하여 모터 시동 신뢰성을 향상시킨다.

Description

단상 영구 자석 모터{SINGLE PHASE PERMANENT MAGNET MOTOR}
본 발명은 단상(single phase) 영구 자석(permanent magnet) 모터에 관한 것으로, 더 상세히는 적층(laminated) 고정자 코어(stator core)을 가지는 단상 영구 자석 모터에 관한 것이다.
종래의 단상 영구 자석 모터에 있어서, 고정자 코어는 일체형 구조, 즉 고정자 코어의 외륜부(outer ring portion)와 톱니가 동시에 일체형 구조로 형성되어 제공된다. 각 두 인접 톱니의 자극편(pole shoes) 사이에 권선(winding)을 쉽게 감을 수 있도록 큰 슬롯 개구부(slot opening)가 형성된다. 이렇게 큰 슬롯 개구부를 가지도록 구성된 단상 영구 자석 모터는 과도히 큰 코깅 토크(cogging torque)를 형성할 수 있다. 코깅 토크는 모터 생성 진동과 잡음의 원인이 될 수 있다. 뿐만 아니라, 큰 슬롯 개구부의 제한 때문에, 시동각(startup angle)이 작아 시동 신뢰성이 떨어진다.
이에 따라, 시동 신뢰성이 향상된 신규의 단상 영구 자석 모터에 대한 요구가 있다.
본 발명은 고정자(stator)와 이 고정자에 대해 회전 가능한 회전자(rotator)를 포함하는 단상 영구 자석 모터를 제공한다. 고정자는 고정자 코어와 이 고정자 코어 둘레에 감긴 권선을 포함한다. 고정자 코어는 적어도 하나의 제1 고정자 코어 라미네이션과 제1 고정자 코어 라미네이션 상에 적층된 적어도 하나의 제2 고정자 코어 라미네이션을 포함한다. 제1 고정자 코어 라미네이션과 제2 고정자 코어 라미네이션의 내부 구조는 다르다. 회전자는 회전자 코어와 복수의 영구 자극(pole)들을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 하나의 제1 고정자 코어 라미네이션과 적어도 하나의 제2 고정자 코어 라미네이션은 모터의 축방향을 따라 교대로(alternately) 적층된다.
바람직하게는, 고정자 코어는 적어도 하나의 제1 고정자 코어 라미네이션 그룹(group)과 적어도 하나의 제2 고정자 코어 라미네이션 그룹을 구비하고, 각 그룹의 제1 고정자 코어 라미네이션은 적어도 하나의 제1 고정자 코어 라미네이션을 포함하고, 각 그룹의 제2 고정자 코어 라미네이션은 적어도 하나의 제2 고정자 코어 라미네이션을 포함하며, 적어도 하나의 그룹의 제1 고정자 코어 라미네이션과 적어도 하나의 그룹의 제2 고정자 코어 라미네이션은 모터의 축방향을 따라 교대로 적층된다.
바람직하게는, 제1 고정자 코어 라미네이션은 제1 외륜부(outer ring portion)와, 제1 내륜부(inner ring portion)와, 그리고 제1 내륜부와 제1 외륜부 사이에 연결되는 복수의 제1 권선부(winding portion)를 포함한다.
바람직하게는, 제2 고정자 코어 라미네이션은 제2 외륜부와, 제2 외륜부로부터 내측으로 연장되는 복수의 제2 권선부와, 그리고 각 제2 권선부의 원위단(distal end)으로부터 제2 권선부의 두 원주 방향 측부(circumferential side)를 향해 연장되는 자극편(pole shoe)을 구비하고, 각 두 인접 자극편 간에 슬롯 개구부(slot opening)가 형성되며, 제1 외륜부와 제2 외륜부가 모터의 축방향을 따라 적층되고, 제1 내륜부와 제2 고정자 코어 라미네이션의 자극편이 모터의 축방향을 따라 적층된다.
바람직하게는, 하나의 대응하는 제2 권선부의 중심선의 반대측들에서의 각 자극편의 일부는 해당 제2 권선부의 중심선에 대해 비대칭이다.
바람직하게는, 하나의 대응하는 제2 권선부의 중심선의 반대측들에서의 각 자극편의 일부가 상이한 길이를 가지거나 상기 대응하는 제2 권선부의 중심선의 반대측들에서의 각 자극편의 일부의 내면이 회전자의 중심으로부터 상이한 거리로 이격된다.
바람직하게는, 영구 자극들은 회전자 코어의 외주면(outer circumferential surface)에 배치되고, 영구 자극들의 외주면과 제1 내륜부의 내주면은 각각 동축(concentric)의 두 원통면 상에 위치한다.
바람직하게는, 바람직하게는, 영구 자극들은 회전자 코어의 외주면에 배치되고, 영구 자극들의 외주면은 회전자의 중심으로부터 이 외주면의 중심으로부터 두 외주 단부로 갈수록 점차 감소되는 거리로 이격된다.
바람직하게는, 단상 영구 자석 모터는 두 인접 제1 권선부 사이의 제1 내륜부에 형성되는 위치 지정 슬롯(positioning slot)을 더 포함하고, 이 위치 지정 슬롯은 모터의 축방향을 따라 연속적 또는 불연속적으로 연장되며, 각 위치 지정 슬롯은 두 인접 제1 권선부와 다른 거리들로 이격된다.
바람직하게는, 위치 지정 슬롯의 수효는 회전자의 영구 자극들의 수효와 같거나 그 정수배(integer times)이다.
바람직하게는, 위치 지정 슬롯은 제1 내륜부의 외주면과 내주면 사이에 위치한다.
바람직하게는, 위치 지정 슬롯은 제1 내륜부의 내주면 외측으로 노출된다.
바람직하게는, 자기 브리지(magnetic bridge)가 제1 내륜부의 각 두 인접 제1 권선부 사이의 부분(segment)들 사이에 형성되고, 제1 내륜부가 자기 브리지에서 위치 지정 슬롯에서의 자기 저항(magnetic reluctance)보다 더 큰 자기 저항을 가진다.
바람직하게는, 제1 내륜부의 내주면과 자극편의 내주면이 동일한 원통면 상에 위치한다.
바람직하게는, 제1 권선부와 제1 외륜부가 별도로 형성된다.
바람직하게는, 자기 브리지는 제1 내륜부의 두 인접 제1 권선부 사이의 부분에 형성된다.
바람직하게는, 각 자기 브리지는 대응 두 인접 제1 권선부 사이의 중간 위치에 위치한다.
바람직하게는, 제1 내륜부의 각 자기 브리지의 외면에 적어도 하나의 홈(groove)이 형성되거나 각 자기 브리지의 내면과 외면에 적어도 하나의 구멍(hole)이 형성되고, 이 홈 또는 구멍은 모터의 축방향으로 연장된다.
바람직하게는, 제1 내륜부의 각 자기 브리지에 복수의 홈 또는 구멍이 형성되고, 자기 브리지는 자기 브리지의 중간 위치에서 최대 자기 저항을 가진다.
본 발명의 실시예들의 단상 영구 자석 모터가, 다른 구조의 제1 고정자 코어 라미네이션과 제2 고정자 코어 라미네이션을 적층하여 형성된 고정자 코어를 포함한다. 이는 큰 슬롯 개구부를 가지는 고정자 코어 라미네이션만을 가지는 종래 모터에서의 진동과 잡음을 저감시키고, 모터의 코깅 토크를 저감시켜 모터 시동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 단상 영구 자석 모터를 보이는 사시도.
도 2는 외부 하우징을 제거한 상태의 도 1의 단상 영구 자석 모터를 보이는 사시도.
도 3은 외부 하우징, 고정자 권선 및 회전축을 제거한 상태의 도 1의 단상 영구 자석 모터를 보이는 사시도.
도 4는 도 3의 단상 영구 자석 모터의 제1 고정자 코어 라미네이션을 보이는 사시도.
도 5는 도 3의 단상 영구 자석 모터의 제2 고정자 코어 라미네이션을 보이는 사시도.
도 6은 도 3의 단상 영구 자석 모터의 회전자 코어와 영구 자석 부재를 보이는 사시도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 의한 제1 고정자 코어 라미네이션을 보이는 사시도.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 회전자 코어와 영구 자석 부재를 보이는 사시도.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 의한 제1 고정자 코어 라미네이션을 보이는 사시도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 의한 제2 고정자 코어 라미네이션을 보이는 사시도.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 의한 회전자 코어와 영구 자석 부재를 보이는 사시도.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 의한 제1 고정자 코어 라미네이션을 보이는 사시도.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 의한 회전자 코어와 영구 자석 부재를 보이는 사시도.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 의한 제1 고정자 코어를 보이는 사시도.
도 15는 본 발명의 제5 실시예에 의한 제2 고정자 코어를 보이는 사시도.
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.
제1 실시예
도 1 내지 도 5에서, 본 발명의 제1 실시예에 의한 단상(single phase) 영구 자석 모터(permanent magnet motor; 10)는 고정자(stator; 20)와 이 고정자에 대해 회전 가능한 회전자(rotator; 50)를 포함한다.
고정자(20)는 개방단을 가지는 원통형 외부 하우징(outer housing; 21)과, 외부 하우징(21)의 개방단에 장착되는 단부 캡(end cap; 23)과, 외부 하우징(21) 내에 장착되는 고정자 코어(stator core; 30)과, 고정자 코어(30)에 장착되는 절연 브라켓(insulating bracket; 38)과, 그리고 고정자 코어 둘레에 감겨 절연 브라켓(38)으로 지지되는 권선(winding; 39)을 포함한다. 고정자 코어(30)은 복수의 제1 고정자 코어 라미네이션(310)과 복수의 제2 고정자 코어 라미네이션(320)을 적층하여 형성된다. 각 제1 고정자 코어 라미네이션(310)은 제1 외륜부(outer ring portion)(311)와, 제1 내륜부(inner ring portion)(315), 그리고 제1 내륜 및 외륜부를 연결하는 복수의 제1 권선부(313)를 포함한다. 제2 고정자 코어 라미네이션(320)은 제2 외륜부(321)와, 이 제2 외룬부(321)로부터 내측으로 연장되는 복수의 제2 권선부(323)와, 그리고 각 제2 권선부(323)의 원위단(distal end)으로부터 두 원주방향 측부로 연장되며 각 두 인접 자극편(325) 사이에 슬롯 개구부(slot opening; 327)가 형성되는 자극편(pole shoe; 325)을 포함한다. 제1 외륜부(311)와 제2 외륜부(321)는 모터(10)의 축방향을 따라 적층되고, 제1 권선부(313)와 제2 권선부(323)가 모터(10)의 축방향을 따라 적층되며, 그리고 제1 내륜부(315)와 대응 자극편(325)이 모터(10)의 축방향을 따라 적층된다. 한 특정한 실시예에서, 제1 고정자 코어 라미네이션(310)과 제2 고정자 코어 라미네이션(320)은 소정의 패턴으로 교대로(alternately) 적층된다. 본 발명은 제1 고정자 코어 라미네이션(310)과 제2 고정자 코어 라미네이션(320)의 수효를 특정한 값으로 제한하지 않으며, 제1 및 제2 고정자 코어 라미네이션(310, 320)이 교대로 배치되는 패턴 역시 실제 요구치에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 각 제1 고정자 코어 라미네이션(310)이 하나 또는 두 제2 고정자 코어 라미네이션(320)과 교대로 배치되거나, 이와는 달리 두 제1 고정자 코어 라미네이션(310)의 각 그룹이 둘 또는 세 제2 고정자 코어 라미네이션(320)의 그룹과 교대로 배치될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 각 제1 고정자 코어 라미네이션(310)이 각 제2 고정자 코어 라미네이션(320)과 교대로 배치된다. 이는 고정자 코어 라미네이션들의 수를 세 층으로 제한하고자 하는 것이 아니다.
권선(39)은 모터의 축방향을 따라 적층된 제1 권선부(313)과 제2 권선부(323) 둘레에 감기고, 절연 브라켓(38)에 의해 고정자 코어(30)과 분리된다. 회전자(50)는 모터의 축방향을 따라 적층된 제1 내륜부(315)와 자극편(325) 내에 수납된다. 적층된 제1 내륜부(315) 및 자극편(325)과 회전자(50)는 (그 사이에) 공극(air gap; 41)을 포함하여 회전자(50)가 고정자(20)에 대해 회전할 수 있도록 한다.
회전자(50)는 회전축(51)과, 회전자 코어(53)과, 그리고 복수의 영구 자극(55)들을 포함한다. 회전축(51)은 회전축 철심(53)의 중심을 관통하여 회전축 철심(53)에 고정된다. 회전자(50)가 고정자(20)에 대해 회전할 수 있도록, 회전축(51)의 일단은 베어링(24)을 통해 고정자(20)의 단부 캡(23)에 장착되고, 타단은 다른 베어링을 통해 고정자(20)의 원통형 외부 하우징(21)의 바닥에 장착된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 영구 자극(55)들은 네 영구 자석 부재(56) 등과 같이 복수의 영구 자석 부재들로 구성된다. 회전자 코어(53)의 외주면에는 복수의 축방향 연장 홈(54)들이 형성된다. 각 홈(54)은 두 인접 영구 자석 부재(56)의 연결점에 위치하여 자기 누설(magnetic leakage)을 저감시킨다. 영구 자석 부재(56)는 회전자 코어(53)의 외주면에 장착된다. 영구 자석 부재(56)의 외주면과 제1 내륜부(315)의 내주면은 각각 두 동축(concentric)의 원통면 상에 위치하고, 제1 내륜부(315)의 내주면과 자극편(325)의 내주면은 동일한 원통면 상에 위치하여, 고정자(20)와 회전자(50) 사이에 균일한 공극이 형성된다. 본 발명에서 “륜(ring)"이라는 용어는 원형 륜, 정사각형 륜, 직사각형 륜 등 원주 방향으로 연속적으로 연장되어 형성되는 폐쇄된 구조를 지칭한다.
바람직한 실시예에서, 두 인접 제1 권선부(313) 사이의 제1 내륜부(315)의 부분(segment)은 자기 브리지(magnetic bridge; 316)를 구비하여 형성된다. 자기 브리지(316)는 자기 브리지(316) 대향측 상의 다른 부분들보다 더 큰 자기 저항(magnetic reluctance)을 가진다. 바람직하게는, 자기 브리지(316)는 해당 두 인접 제1 권선부(313) 사이의 중간 위치에 위치한다. 이와는 달리, 자기 브리지(316)가 두 인접 제1 권선부(313) 사이의 중간 위치로부터 편심(offset)될 수도 있다. 특히, 제1 내륜부(315)의 외주면의 각 해당 영역에 홈(groove; 317)이 형성된다. 예를 들어 세 홈(317) 든 하나 이상의 홈(317)이 구비될 수 있다. 각 자기 브리지(316)가 복수의 홈(317)을 가지면 제1 권선부(313)에서 먼 홈(317)이 더 큰 크기를 가질 수 있으므로 더 큰 자기 저항을 가질 수 있다. 즉 제1 권선부(313)에 더 가까운 홈(317)은 (특히 반경 방향 깊이가) 더 작은 크기를 가져 자기 브리지(316)의 자기 저항도 더 작으며, 제1 권선부(313)에서 더 먼 홈(317)은 (특히 반경 방향 깊이가) 더 큰 크기를 가져 자기 브리지(316)의 자기 저항도 더 크다. 바람직하게는, 자기 브리지(316)는 중간 위치에서 최대 자기 저항을 가진다.
제1 고정자 코어 라미네이션(310)과 제2 고정자 코어 라미네이션(320)은 투자성(magnetic-conductive) 연질 자성체(magnetic material)로 제조된다. 예를 들어, 제1 고정자 코어 라미네이션(310)과 제2 고정자 코어 라미네이션(320)은 자성층들(이 산업분야에 일반적으로 사용되는 실리콘층)을 모터의 축방향으로 적층하여 형성된다. 바람직하게는, 제1 고정자 코어 라미네이션(310)에는 제1 권선부가 모터의 원주 방향으로 일정한 간격으로 위치한다. 각 제1 권선부(313)는 제1 내륜부(315)로부터 제1 외륜부(311)를 향해 대략 반경 방향으로 연장된다.
또한 도 4에서, (제1 권선부(313)와 반경 방향으로 정렬(align)되는 제1 내륜부(315)의 부분을 포함하여) 각 두 인접 제1 권선부(313) 사이의 제1 내륜부(315)에는 위치 지정 슬롯(positioning slot; 318)이 형성된다. 각 위치 지정 슬롯(318)은 두 인접 제1 권선부(313)과 다른 거리로 이격되어 두 제1 권선부 중의 하나와 더 가깝다. 위치 지정 슬롯(318)의 수효는 고정자의 자극(pole)의 수효와 륜형(ring-shaped) 영구 자석의 수효와 같거나 또는 위치 지정 슬롯(318)들의 수효는 회전자의 영구 자극의 수효의 정수배(integer times)이다. 이 실시예에서, 위치 지정 슬롯(318)의 수효는 4개이다. 이 실시예에서, 고정자 권선은 집중 권선(concentrated winding)이므로 권선부의 수효는 고정자의 자극의 수효와 같다. 다른 실시예에서는, 고정자 권선의 수효는 고정자 자극의 수효의 2배, 3배 등 정수배가 될 수 있다. 이 실시예에서는, 위치 지정 슬롯(318)이 모터의 축방향으로 이격되어 제1 내륜부(315)의 내주면에 배치되어 있다. 다른 실시예에서는, 위치 지정 슬롯(318)이 모터의 축방향으로 연속적으로 연장될 수 있다.
바람직하게는, 위치 지정 슬롯이 제1 고정자 코어 라미네이션의 제1 내륜부에 형성되었을 때, 제2 고정자 코어 라미네이션은 대칭 구조를 가지도록 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 권선부(323)의 중심선의 대향측의 제2 고정자 코어 라미네이션(320)의 자극편(325)의 일부는 제2 권선부(323)의 중심선에 대해 대칭이고, 자극편(325)의 내면과 제1 내륜부(315)의 내면은 동일한 원통면 상에 위치한다.
모터(10)에 전력이 공급되지 않았을 때, 즉 초기 위치에서는, 위치 지정 슬롯들 때문에 회전자 자극(55)의 자극 축은 회전자(50)가 사점(dead point)에서 벗어나도록(offset) 고정자 권선부의 중심축, 즉 고정자 자극 축에서 편심(offset)되어 있다. 회전자 자극(55)의 자극 축과 고정자 자극 축 사이에 형성되는 각도는 시동각(startup angle)으로 지칭된다. 이 실시예에서, 시동각은 전기각(electric angle) 45도보다 크고 전기각 135도보다 작다. 모터(10)의 권선(39)에 한 방향으로 전류가 공급되면, 회전자(50)는 한 방향을 따라 시동될 수 있다. 모터(10)의 권선(39)에 반대 방향으로 전류가 공급되면, 회전자(50)는 반대 방향으로 시동될 수 있다. 시동각이 전기각 90도일 때 회전자(50)가 양 방향으로 쉽게 시동, 즉 이 각도는 양방향(bidirectional) 시동이 가장 용이한 각도이다. 시동각이 90도로부터 벗어나면(offset) 회전자는 반대 방향보다 한 방향으로 시동되기 더 쉽다. 다수의 실험으로부터, 시동각이 전기각 45도 내지 135도의 범위에 있으면, 회전자(50)의 양 방향으로의 시동이 양호한 신뢰성을 가짐이 확인되었다.
제2 실시예
도 7에서는, 제1 실시예와 달리 홈(317)이 제1 내륜부(313)의 외주면의 각 자기 브리지(316)에 대응하는 영역에 형성된다. 홈(317)의 수효는 단 하나이다. 홈(317)은 원호(circular arc) 형상이나 정사각형 형상 등의 임의의 형상이 될 수 있다. 또한, 위치 지정 슬롯(318)은 제1 내륜부(315)의 외주면과 내주면 사이에 위치하며 감춰진(invisible) 위치 지정 슬롯이다. 바람직하게는, 위치 지정 슬롯(318)은 제1 내륜부(315)의 내주면에 더 가깝다. 위치 지정 슬롯(318)은 모터의 축방향을 따라 이격되거나 연속적으로 연장될 수 있다.
도 8에 도시된 실시예에서는, 회전자(60)가 회전자 코어(63)과 회전자(60)의 원주 방향을 따라 배치된 륜형 영구 자극(65)들을 포함한다. 륜형 영구 자극(65)들의 외주면들은 제1 내륜부(315)의 내주면과 동축이 되어, 그 사이에 균일한 공극(air gap; 41)이 형성된다. 특히, 제1 내륜부(315)의 내면은 축방향 평면에서 보아 회전자(60)의 중심에 중심을 둔 원 위에 위치한다. 륜형 영구 자극(65)의 외면은 원통형이고 회전자(60)의 중심에 중심을 둔 원 위에 위치한다. 즉, 제1 내륜부(315)의 내주면은 영구 자극(65)들의 외주면과 동축이 되어, 제1 내륜부(315)의 내주면과 영구 자극(65)의 외주면 사이에 균일한 공극이 형성된다.
륜형 영구 자극(65)은 회전자 코어(63)의 외주면에 장착된 단일한 륜형 영구 자석 부재(66)로 형성될 수 있다. 회전자 코어(63)의 외주면에는 복수의 축방향 연장 홈(64)들이 형성된다. 각 홈(64)들은 두 영구 자극들 사이의 연결점에 위치하여 자기 누설을 저감시킨다. 륜형 영구 자극(65)들 역시 복수의 호형(arcuate) 영구 자석 부재들로 구성될 수 있을 것이다. 또한, 이 실시예의 회전자(60) 역시 제1 실시예의 고정자(20)와 함께 사용될 수 있으며, 이 실시예의 고정자 역시 제1 실시예의 회전자(50)와 함께 사용될 수 있을 것이다.
바람직하게는, 위치 지정 슬롯(318)이 제1 고정자 코어 라미네이션(310)의 제1 내륜부(315)에 형성될 때, 제2 고정자 코어 라미네이션(320)은 대칭 구조를 가지도록 구성될 수 있다. 특히 대응 제2 권선부의 중심선의 양 대향측의 각 자극편의 부분들은 제2 권선부의 중심선에 대해 대칭이다.
제3 실시예
도 9 및 도 10에 있어서는, 제1 실시예 또는 제2 실시예와 달리, 고정자 권선(39)의 권선 효율을 향상시키기 위해 이 실시예의 고정자 코어가 분할형(split-type) 구조로 되어 있다. 특히, 제1 권선부(313)와 제1 외륜부가 별도로 구성되어 함께 조립되는데, 이 실시예에서 제1 권선부(313)와 제1 내륜부(315)는 일체형 구조로 통합적으로 구성되며 이 일체형 구조는 제1 외륜부(311)와 분리되어 있다. 마찬가지로, 제2 권선부(323)와 제2 외륜부(321)도 별도로 구성되어 함께 조립되며, 이 실시예에서 각 제2 권선부(323)과 해당 자극편(325)은 일체로 구성되고 이 일체형 구조가 제2 외륜부(321)와 분리되어 있다. 조립시, 제1 권선부(313)와 제2 권선부(323)가 서로 적층된다. 다음 절연 브라켓이 장착되고 권선이 감긴다. 제1 외륜부(311)와 제2 외륜부(321)가 적층되어 원통을 형성한다. 권선을 감은 후, 제1 권선부(313)와 제2 권선부(323)의 조합이 적층된 제1 외륜부(311)과 제2 외륜부(321)의 원통 내에 장착됨으로써, 권선을 가지는 고정자 코어가 구성된다.
또한 이 실시예에서는 도 11에 도시된 바와 같이, 회전자(70)가 회전자(70)의 원주 방향으로 배치된 복수의 영구 자극(75)들을 포함한다. 각 영구 자극(75)의 외면은 원호(arc)면이다. 영구 자극(75)들의 외주면은 회전자(70)의 중심으로부터 외주면의 중심으로부터 두 둘레 단부들로 갈수록 점차적으로 감소하는 거리로 이격되어, 영구 자극(75)과 제1 내륜부(315)의 내주면 사이에는 대칭의 불균일(uneven) 공극이 형성된다. 바람직하게는 대칭 불균일 공극은 그 최소두께의 적어도 1.5배의 최대두께를 가진다.
각 영구 자극(75)은 단일한 영구 자석 부재(76)로 형성되거나, 이와는 달리 복수의 영구 자석 부재들을 결합하여 형성될 수 있다. 회전자(70)는 회전자 코어(73)을 더 포함한다. 영구 자석 부재(76)는 회전자 코어(73)의 외주면에 장착된다. 회전자 코어(73)의 외주면에는 복수의 축방향 연장 홈(74)들이 형성된다. 각 홈(74)은 두 인접 영구 자극(75)들의 연결점에 위치하여 자구 누설을 저감시킨다. 영구 자극(75)들과 제1 내륜부(315)의 내주면 사이에 대칭 불균일 공극을 형성하기 위해, 영구 자석 부재(76)들의 외주면은 회전자(70)의 중심으로부터 영구 자석 부재(76)의 외주면의 원주방향 중심으로부터 두 원주방향 단부들로 갈수록 점차 감소되는 거리만큼 이격된다. 특히, 회전자 코어(73)의 외주면과 제1 내륜부(315)의 내주면은 축방향 평면에서 보아 동축의 원들이고, 영구 자석 부재(76)의 두께는 그 원주방향 중심으로부터 두 원주방향 단부들로 갈수록 점차 감소한다. 이와는 달리, 영구 자석 부재(76)의 두께가 일정하고, 회전자 코어(73)의 외주면이 회전자(70)의 중심으로부터 원주방향 중심에서 두 원주방향 단부들로 갈수록 점차 감소되는 거리만큼 이격됨으로써 영구 자석 부재(76)의 외주면과 회전자 중심 간의 거리가 원주방향 중심에서 두 원주방향 단부들로 갈수록 점차 감소되는 거리만큼 이격되도록 구성될 수도 있다.
전술한 실시예에서, 자기 브리지(316)에서 제1 고정자 코어 라미네이션(310)의 제1 내륜부(315)의 반경 방향 크기가 위치 지정 슬롯(318)에서의 제1 내륜부(315)의 반경방향 크기보다 작다. 이와 같이 함으로써, 위치 지정 슬롯(318)이 형성된다고 하더라도 자기 브리지(316)에서의 제1 내륜부(315)의 자기 저항이 여전히 가장 크다.
제4 실시예
도 12 및 도 13에 도시된 실시예에서는, 제1 실시예와 달리 제1 고정자 코어 라미네이션의 제1 내륜부(315)의 각 자기 브리지(316)에 대응하는 영역에 관통 구멍(through hole; 312)이 형성된다. 하나 이상의 관통 구멍(312)이 구비될 수 있다. 자기 브리지(316)는 두 인접 권선부(313) 사이의 중간 부분에서 최대 자기 저항을 가진다. 예를 들어, 각 자기 브리지(316)가 세 관통 구멍(312)을 가질 때, 이 관통 구멍(312)은 모터의 축방향으로 연장되고, 제1 권선 부(313)로 부터 먼 관통 구멍(312)이 더 큰 크기를 가진다. 즉 제1 권선부(313)에 더 가까운 관통 구멍(312)이 더 작은 크기(특히 관통 구멍의 직경)을 가지며, 제1 권선부(313)에 더 먼 관통 구멍(312)이 더 큰 크기(특히 관통 구멍의 직경)을 가져 자기 브리지(316)가 더 큰 자기 저항을 가지게 된다. 자기 브리지(316)가 제1 내륜부(313)의 두 제1 권선부(313) 사이의 중간 부분에 위치할 때, 두 인접 제1 권선부(313) 사이의 중간 위치의 관통 구멍(312)이 최대 직경을 가져 자기 저항 역시 이 위치에서 최대가 된다.
이 실시예서는 제1 고정자 코어 라미네이션에 위치 지정 슬롯이 형성되지 않는다. 대응 제2 권선부(323)의 중심선의 양 대향측에서의 제2 고정자 코어 라미네이션(321)의 자극편(325)의 위치는 제2 권선부(323)의 중심선에 대해 비대칭이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 자극편(325)의 내면은 회전자 축과 변화되는 거리로 이격된다. 예를 들어, 각 자극편(325)의 내면은 회전자 축과 모터의 원주방향 방향으로 일단에서 타단으로 갈수록 점차 증가되는 거리로 이격되어, 자극편(325)의 내면과 회전자 사이에 불균일한 공극을 형성함으로써 위치 정렬(positioning)이 이뤄지게 된다.
이 실시예에서, 회전자(80)의 영구 자극(85)은 회전자 코어(83)의 외면에 장착된다. 회전자의 각 영구 자극(85)의 외면은 원호면(arc surface)으로, 영구 자극(85)들의 외주면은 회전자의 중심에 중심을 둔 원통면 상에 위치한다.
제5 실시예
도 14에 도시된 실시예에서, 제1 고정자 코어 라미네이션의 제1 내륜부(315)의 외주면의 각 자기 브리지에 대응하는 위치에는 홈(317)이 형성된다. 하나 이상의 홈(317)이 구비될 수 있다. 자기 브리지는 두 인접 제1 권선부(313) 사이의 중간 위치에서 최대 자기 저항을 가진다. 마찬가지로, 제1 고정자 코어 라미네이션에는 위치 지정 슬롯이 형성되지 않는다.
도 15에 도시된 실시예에서는, 제2 고정자 코어 라미네이션의 제2 권선부(323)의 중심선의 양 대향측의 자극편(325)의 부분들이 다른 길이를 가진다. 이 경우, 자극편(325)의 내면 역시 회전자의 중심에 중심을 둔 원통면 상에 위치할 수 있다. 즉 자극편(325)의 내면은 회전자 중심으로부터 일정한 거리만큼 이격되는데, 이 역시 회전자의 초기 위치를 사점(dead point)로부터 벗어나게 해준다.
전술한 실시예들의 회전자와 고정자들은 다른 조합으로 사용, 즉 각 실시예의 회전자가 다른 임의의 실시예의 고정자와 조합되어 사용될 수 있고, 각 실시예의 고정자가 다른 임의의 실시예의 회전자와 조합되어 사용될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들의 단상 영구 자석 모터는 제1 고정자 코어 라미네이션과 이와 다른 내부 구조를 가지는 제2 고정자 코어 라미네이션을 적층하여 구성된다. 이 구성은 큰 슬롯 개구부를 가지는 고정자 코어 라미네이션들만을 사용하는 종래의 모터에서의 진동과 잡음을 저감시키며, 모터의 코깅 토크(cogging torque)를 저감시켜 모터 시동의 신뢰성을 향상시킨다.
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 (11)

  1. 단상 영구 자석 모터로서:
    고정자 코어와, 상기 고정자 코어 둘레에 감긴 권선을 포함하는 고정자 - 상기 고정자 코어는,
    적어도 하나의 제1 고정자 코어 라미네이션; 및
    제1 고정자 코어 라미네이션과 함께 적층되는 적어도 하나의 제2 고정자 코어 라미네이션을 포함하며, 제1 고정자 코어 라미네이션과 제2 고정자 코어 라미네이션의 내부 구조가 상이함 - ; 및
    회전자 코어와 복수의 영구 자극들을 포함하며, 상기 고정자에 대해 회전 가능한 회전자를 포함하는 단상 영구 자석 모터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    고정자 코어가 적어도 하나의 그룹의 제1 고정자 코어 라미네이션과 적어도 하나의 그룹의 제2 고정자 코어 라미네이션을 포함하고,
    각 그룹의 제1 고정자 코어 라미네이션이 적어도 하나의 상기 제1 고정자 코어 라미네이션을 포함하고, 각 그룹의 제2 고정자 코어 라미네이션이 적어도 하나의 상기 제2 고정자 코어 라미네이션을 포함하며,
    적어도 하나의 그룹의 제1 고정자 코어 라미네이션과 적어도 하나의 그룹의 제2 고정자 코어 라미네이션이 모터의 축방향을 따라 교대로 적층되는 단상 영구 자석 모터.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    제1 고정자 코어 라미네이션이 제1 외륜부와, 제1 내륜부와, 그리고 제1 내륜부와 제1 외륜부 사이에 연결되는 복수의 제1 권선부를 포함하는 단상 영구 자석 모터.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제2 고정자 코어 라미네이션이 제2 외륜부와, 제2 외륜부로부터 내측으로 연장되는 복수의 제2 권선부와, 그리고 각 제2 권선부의 원위단으로부터 제2 권선부의 두 원주 방향 측부를 향해 연장되는 자극편을 포함하고,
    슬롯 개구부가 각각의 두 인접 자극편 사이에 형성되며,
    제1 외륜부와 제2 외륜부가 모터의 축방향을 따라 적층되고, 제1 권선부와 제2 권선부가 모터의 축방향을 따라 적층되며, 제1 내륜부와 제2 고정자 코어 라미네이션의 자극편이 모터의 축방향을 따라 적층되는 단상 영구 자석 모터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    하나의 대응하는 제2 권선부의 중심선의 반대측들에서 각 자극편의 부분들이 대응하는 제2 권선부의 중심선에 대해 비대칭이고,
    상기 대응하는 제2 권선부의 중심선의 반대측들에서 각 자극편의 부분들이 상이한 길이를 가지거나 상기 대응하는 제2 권선부의 중심선의 반대측들에서 자극편의 부분들의 내면들이 회전자의 중심으로부터 상이한 거리로 이격되는 단상 영구 자석 모터.
  6. 청구항 4에 있어서,
    제1 내륜부의 내주면과 자극편의 내주면이 동일한 원통면 상에 위치하는 단상 영구 자석 모터.
  7. 청구항 3에 있어서,
    제1 내륜부 내에 각각의 두 인접 제1 권선부들 사이에 형성된 위치 지정 슬롯을 더 포함하고,
    상기 위치 지정 슬롯이 모터의 축방향을 따라 연속적 또는 불연속적으로 연장되며,
    각 위치 지정 슬롯이 두 인접 제1 권선부들로부터 상이한 간격으로 이격되는 단상 영구 자석 모터.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제1 내륜부의 세그먼트 내에 각각의 두 인접 제1 권선부들 사이에 자기 브리지가 형성되고,
    제1 내륜부가 자기 브리지에서 위치 지정 슬롯에서의 자기 저항보다 더 큰 자기 저항을 가지는 단상 영구 자석 모터.
  9. 청구항 3에 있어서,
    제1 권선부와 제1 외륜부가 별도로 형성되는 단상 영구 자석 모터.
  10. 청구항 3에 있어서,
    제1 내륜부의 중간 위치 상의 각각의 두 인접 제1 권선부들 사이에 자기 브리지가 형성되는 단상 영구 자석 모터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    제1 내륜부는 각 자기 브리지의 외면에 적어도 하나의 홈을 규정하거나 각 자기 브리지의 내면과 외면 사이에 적어도 하나의 구멍을 규정하고,
    상기 홈 또는 구멍들이 모터의 축방향으로 연장되며,
    자기 브리지가 자기 브리지의 중간 위치에서 최대 자기 저항을 가지는 단상 영구 자석 모터.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015226210A1 (de) * 2015-12-21 2017-06-22 Ksb Aktiengesellschaft PM-Line-Start Motor und Einschaltverfahren für diesen
CN108288901B (zh) * 2018-02-27 2024-04-09 马小安 一种各相分居式电机
CN108418327B (zh) * 2018-05-17 2023-12-22 珠海凯邦电机制造有限公司 转子组件和永磁电机
FR3082373B1 (fr) 2018-06-07 2021-12-24 Leroy Somer Moteurs Stator de machine electrique tournante
CN109617269A (zh) * 2018-12-17 2019-04-12 珠海格力电器股份有限公司 定子铁芯、定子组件、电机和空调器
CN112713672B (zh) * 2019-10-25 2022-03-22 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 电机及其装配结构

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI277285B (en) * 2005-03-02 2007-03-21 Delta Electronics Inc Starting method of a tapered-air gap motor
DE102009056647A1 (de) * 2009-12-02 2011-06-09 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Stator für einen Elektromotor sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE102014110609A1 (de) * 2013-08-09 2015-02-12 Johnson Electric S.A. Einphasiger bürstenloser Motor

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