KR20180069914A - 전기 모터 - Google Patents

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KR20180069914A
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앤드류 사이먼 반스
니겔 유앳 다이몬드
앤드류 찰튼 클로씨에
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Publication date
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Abstract

전기 모터는, 프레임; 자석, 베어링 어셈블리, 임펠러, 및 축을 포함하는 회전자 어셈블리; 및 고정자 코어와 보빈(bobbin)을 포함하는 고정자 어셈블리를 포함한다. 프레임은 내벽과 외벽을 포함하고, 외벽은 내벽을 둘러싸고, 내벽과 외벽 사이에는 환형 채널이 형성되어 있으며, 디퓨저 베인이 환형 채널을 통해 내벽으로부터 외벽까지 연장되어 있다. 내벽은 회전자 어셈블리를 지지하기 위한 보어(bore)를 규정하고, 외벽은 모터의 실질적으로 원통형인 외부 케이싱을 규정한다.

Description

전기 모터
본 발명은 전기 모터에 관한 것이다.
전기 모터는 아주 다양한 용도로 사용되고 있는데, 예컨대, 차량용 전기 구동기에 사용되거나, 진공 모터 및 팬과 같은 공기 이동 장치에 동력을 공급하기 위해 사용되며, 또한 휴대용 전동 공구 및 다른 소비자 제품에도 사용된다. 전기 모터가 더 많은 소비자 제품에 내장됨에 따라, 전기 모터의 가격을 가능한 한 낮출 수 있는 방법을 찾는 것이 중요하다. 또한, 특히 휴대용 제품에 사용되는 경우, 전기 모터의 크기와 중량을 최소화할 수 있는 방법을 찾는 것이 중요하다. 전기 모터의 성능에 부정적인 영향을 줌이 없이 전기 모터의 크기, 중량 및 가격을 줄일 수 있도록 전기 모터에 대한 개선이 필요하다.
본 발명은 전기 모터를 제공하는 바, 이 전기 모터는, 프레임; 자석, 베어링 어셈블리, 임펠러, 및 축을 포함하는 회전자 어셈블리; 및 고정자 코어와 보빈(bobbin)을 포함하는 고정자 어셈블리를 포함하고,상기 프레임은 내벽과 외벽을 포함하고, 외벽은 상기 내벽을 둘러싸고, 내벽과 외벽 사이에는 환형 채널이 형성되어 있으며, 디퓨저 베인이 상기 환형 채널을 통해 상기 내벽으로부터 외벽까지 연장되어 있고, 상기 내벽은 상기 회전자 어셈블리를 지지하기 위한 보어(bore)를 규정하고, 상기 외벽은 상기 모터의 실질적으로 원통형인 외부 케이싱을 규정한다.
결과적으로, 더 적은 수의 부품을 필요로 하는 모터가 얻어질 수 있다. 프레임의 내벽은 회전자 어셈블리를 지지하고, 내벽 및 외벽은 디퓨저 채널을 형성하고, 임펠러에 의해 발생된 공기 흐름이 그 디퓨저 채널을 통과한다. 따라서, 디퓨저의 부품을 지지하는 별도의 회전자가 필요 없다. 모터의 부품의 수가 감소됨으로써, 모터의 가격, 크기 및 중량이 감소될 수 있다.
보어는 상기 베어링 어셈블리에서 상기 회전자 어셈블리를 지지할 수 있다. 따라서, 회전자는 회전자 어셈블리가 모터 내부에서 균형잡히도록 지지될 수 있다. 그리하여, 모터의 불균형이 감소될 수 있고, 또한 모터의 성능에 영향을 줄 수 있고 그 모터의 수명을 단축시킬 수 있는 원치 않는 진동이 최소화될 것이다.
베어링 어셈블리는 상기 축에 고정되는 한쌍의 베어링 및 상기 두 베어링 사이에 위치되는 스프링을 포함할 수 있다. 그래스 스프링은 베어링 각각의 외륜에 예압을 가하는 작용을 한다. 따라서, 베어링의 성능이 개선되고 베어링이 고속에서 고정날 위험이 감소하게 된다.
베어링 어셈블리는 상기 보어 내부에 고정되고, 상기 내벽은 상기 베어링 어셈블리 주위에서 보호 슬리브로서 작용한다. 결과적으로, 베어링 어셈블리는 별도의 보호 슬리브를 필요로 하지 않는다. 그래서, 모터의 크기 및 중량이 작게 될 수 있다. 또한, 모터를 만드는데에 필요한 부품의 수는 더 작게 되고 그래서 모터의 가격이 최소화될 수 있다.
외벽은 상류 및 하류 방향 중 적어도 한 방향으로 상기 내벽을 축방향으로 넘어 연장되어 있다. 결과적으로, 외벽 보다 ?은 내벽을 가짐으로써, 모터의 다른 부품을 내장하는데에 사용될 수 있는 공간이 외벽의 축방 길이 내에서 이용 가능하게 된다. 이는 모터를 더 컴팩트하게 하는데에 도움을 준다. 또한, 내벽을 형성하는데에 필요한 재료는 더 적게 되며, 그래서 모터의 중량이 감소될 수 있다.
디퓨저 베인은 축방향으로 상기 내벽을 넘어 외벽까지 연장되어 있는 꼬리 부분을 가질 수 있다. 결과적으로, 모터의 전체 크기가 감소될 수 있으면서, 디퓨저의 유효 길이가 최대화될 수 있다.
내벽은 상기 내벽의 일 단부로부터 축방향으로 연장되어 있는 적어도 하나의 러그(lug)를 포함할 수 있다. 결과적으로, 러그를 사용하여 모터의 다른 부품을 프레임에 고정시킬 수 있다.
상기 고정자 어셈블리는 상기 적어도 하나의 러그를 수용하기 위한 적어도 하나의 오목부를 포함할 수 있다. 그래서 고정자 어셈블리는 러그를 사용하여 프레임에 고정될 수 있다.
내벽은 상기 내벽의 일 단부로부터 축방향으로 연장되어 있는 환형 돌출부를 포함하고, 환형 돌출부는 상기 임펠러의 허브에 있는 오목부 안에 수용될 수 있다. 이리하여, 임펠러의 허브 내부에 래비런스 시일이 형성될 수 있다. 이 시일은 이물질이 베어링 어셈블리에 들어가는 것을 방지하는데, 그러한 이물질은 회전자 어셈블리를 손상시킬 수 있고 또한 모터의 수명을 크게 단축시킬 수 있다.
임펠러는 알루미늄으로 형성된 축류 임펠러이고, 허브 및 허브에 부착되는 복수의 블레이드를 포함할 수 있다. 알루미늄은 매우 가볍고 강하며, 그래서 임펠러는 높은 속도와 관련된 힘을 견디기에 충분히 강하게 유지될 수 있고, 그럼에도 모터의 중량이 최소화될 수 있다. 허브는 상기 내벽의 축방향 연장 환형 돌출부를 수용하기 위한 오목부를 포함할 수 있다.
내벽은 상기 허브의 외경과 실질적으로 같은 외경을 가질 수 있다. 이리하여, 모터를 통과하는 고르게 조화된 공기 채널이 형성되어, 모터의 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있는, 모터를 통한 난류 및 압력 손실을 최소화하는데에 도움이 된다.
상기 프레임은 아연으로 형성될 수 있다. 아연은 음향적으로 둔하고 그래서 프레임은 사용 중에 모터에 의해 발생되는 소음을 적어도 부분적으로 흡수할 수 있는 이점을 가지고 있다.
프레임은 상기 외벽에 형성된 전기 연결부를 포함할 수 있다. 이 전기 연결부는 스페이드(spade) 단자일 수 있다. 전기 연결부는 DC 기준 연결부일 수 있다. 결과적으로, 추가적인 커넥터가 필요 없고, 그래서 부품의 수가 줄어들 수 있다. 이리하여, 모터의 가격을 최소화하고 또한 모터의 크기를 줄이는데에 도움될 수 있다.
본 발명을 더 쉽게 이해할 수 있도록, 이제, 다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 예시적으로 설명할 것이다.
도 1은 모터의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 모터의 프레임의 단면을 나타낸다.
도 3은 도 1의 모터의 회전자 어셈블리의 단면을 나타낸다.
도 4는 도 2 및 3의 조립된 프레임 및 회전자 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 고정자 어셈블리의 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 1의 조립된 모터의 단면을 나타낸다.
명확히 하기 위해, "축방향" 이라는 용어는, 도 1에서 축선(A-A)으로 나타나 있는 바와 같은 모터의 회전 축선을 따르는 축선의 방향을 의미한다. 또한, 여기서 언급되는 "상류" 및 "하류" 라는 방향 관련 용어는, 사용시 모터를 통과하는 공기 흐름의 방향을 말하는 것이고 도 1에서 이중 화살표로 더 명학히 나타나 있다.
도 1은 모터(1)의 분해 사시도이다. 이 모터(1)는 프레임(10), 회전자 어셈블리(20) 및 고정자 어셈블리(40)를 포함한다. 프레임(10)의 단면이 도 2에 나타나 있다. 이 프레임(10)은 내벽(11) 및 외벽(12)을 포함한다. 외벽(12)은 내벽(11)을 둘러싸고 있어, 환형 채널(14)이 내벽과 외벽 사이에 형성되어 있다. 다수의 디퓨저 베인(13)이 내벽(11)과 외벽(12) 사이에서 환형 채널(14)을 통해 연장되어 있다. 내벽(11)은 외벽(12) 보다 길이가 짧고, 내벽(11)은 외벽(12)이 상류 및 하류 방향 모두로 내벽(11)을 축방향으로 넘어 연장되도록 위치되어 있다. 대안적인 실시 형태에서, 내벽은 외벽이 상류 또는 하류 방향 중 한 방향으로만 내벽을 넘어 연장되도록 다르게 위치될 수 있다.
프레임(10)은 아연으로 형성될 수 있고, 예컨대 기계 가공 또는 다이 캐스팅 또는 기계 가공과 다이 캐스팅 모두를 사용하는 조합적인 방법으로 형성될 수 있다. 아연은 음향적으로 둔한 재료이며, 그래서 아연 프레임(10)은 사용 중에 모터(1)에 의해 발생되는 음향 진동수를 효과적으로 흡수할 수 있다. 그러므로 아연 프레임(10)은 모터(1)가 내장되어 있는 제품에 의해 발생되는 소음의 전체 레벨을 줄이는 작용을 한다.
디퓨저 베인(13)은 내벽(11)과 외벽(12) 사이에서 연장되어 있고, 실질적으로 내벽의 전체 길이를 따라 연장되어 있다. 또한, 디퓨저 베인(13)은, 축방향 하류로 내벽을 넘어 외벽까지 연장되어 있는 꼬리 부분(18)을 가지고 있다. 그러므로 디퓨저 베인(13)은 환형 채널(14)의 반경 방향 내측 부분에서 보다 환형 채널(14)의 반경 방향 외측 부분에서 더 길게 되어 있다. 이리하여, 내벽(11)의 축방향 길이를 줄여 모터의 크기와 중량이 여전히 최소로 유지될 수 있게 하면서 디퓨저 베인은 공기 흐름에 작용하는 더 긴 유효 길이를 갖게 되는 이점이 얻어진다.
내벽(11)은 원통형이고 보어(15)를 규정한다. 내벽(11)은 모터(1)가 조립될 때 회전자 어셈블리(20)를 보어(15) 내부에 지지할 수 있다. 추가로, 내벽은, 내벽(11)의 일 단부로부터 축방향으로 연장되어 있는 러그(16)를 갖는다. 특히 이 러그(16)는 축방향으로 하류 방향으로 연장되어 있다. 러그(16)는, 고정자 어셈블리(40)가 프레임(10)에 고정될 수 있도록 고정자 어셈블리(40)가 쉽게 장착될 수 있는 장착점을 제공한다. 도 2에는 단일의 러그(16)가 나타나 있지만, 고정자에 필요한 장착점의 수 및 모터의 다른 요건에 따라 복수의 러그(16)가 제공될 수도 있다. 프레임(10)의 러그(16)에 대한 고정자 어셈블리(40)의 장착을 이하 도 5 및 6을 참조하여 더 상세히 설명할 것이다.
내벽(11)은 축방향 연장 환형 돌출부(17)를 가지며, 이 돌출부는 내벽(11)의 일 단부로부터 러그(16)의 반대 방향으로 연장되어 있다. 이 축방향 연장 환형 돌출부(17)는 임펠러(24)에 있는 상보적인 오목부 안에 수용되어 래비런스 시일(labyrinth seal)을 형성할 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명할 것이다.
회전자 어셈블리(20)는 축(21), 자석(22), 베어링 어셈블리(23) 및 임펠러(24)를 포함한다. 회전자 어셈블리(20)의 단면이 도 3에 나타나 있다. 자석(22), 베어링 어셈블리(23) 및 임펠러(24)는 억지 끼워맞춤과 접착제 중의 하나 또는 이것들의 조합으로 축(21)에 직접 고정된다. 자석(22)은 일반적으로 영구 자석 브러시레스 모터에 사용되는 종류의 결합형 영구 자석이다. 나타나 있는 예에서, 자석(22)은 4-폴(pole) 영구 자석이다. 베어링 어셈블리(23)은 한쌍의 베어링(25a, 25b) 및 이들 베어링(25a, 25b)을 분리시키는 스프링(26)을 포함한다. 스프링(26)은 사용 중에 베어링의 마모를 줄이기 위해 베어링(25a, 25b)의 외륜 각각에 예압을 주는 작용을 한다. 스프링(26)과 베어링(25a, 25b) 각각의 사이에 와셔가 또한 제공될 수 있다.
전술한 바와 같이, 회전자 어셈블리(20)는 내벽(11)에 의해 프레임(10) 안에 지지된다. 베어링 어셈블리(23)는 내벽(11)의 보어(15) 내부에 고정되어, 프레임(10)의 내벽(11)은 베어링 어셈블리(23) 주위에서 보호 슬리브로서 작용한다. 이리하여, 베어링 어셈블리(23)가 별도의 보호 슬리브를 가질 필요가 없게 되고, 또한 모터(1)의 크기와 중량을 줄이는데에 도움이 된다. 베어링(25a, 25b)의 외륜은 보어(15) 안에서 내벽(11)의 내주에 고정되고, 예컨대 접착제로 고정될 수 있다.
도면에 나타나 있는 임펠러(24)는 복수의 블레이드(27)를 갖는 축류 임펠러이며, 블레이드들은 중심 허브(28) 주위에서 원주 방향으로 서로 이격되어 있고 또한 그 중심 허브로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있다. 사용 중에, 각 블레이드(27)는 회전함에 따라 특정한 진동수의 음파를 발생시키게 된다. 그러므로, 임펠러를 그의 음향적 영향이 줄어들도록 설계할 수 있다. 도 3 및 5에 나타나 있는 임펠러(24)는 11개의 임펠러를 갖는다. 그러나, 블레이드(27)의 수는 모터(1)의 음향적 요건 및/또는 모터가 내장되는 제품에 따라 다를 수 있다.
임펠러(24)는 알루미늄을 기계 가공하여 형성된다. 알루미늄은 매우 가벼운 재료이고, 그래서 이 알루미늄을 사용하여 임펠러(24)를 형성하면, 아연을 사용하여 프레임(10)을 만듦으로써 모터(1)에 포함되는 추가 중량의 일부를 상쇄하는데에 도움이 된다. 여기서 설명하는 모터(1)는 약 75 내지 110 krpm의 회전 속도로 운전되도록 되어 있다. 이러한 높은 속도에서 임펠러(24)에 작용하는 힘의 크기는 매우 크다. 고맙게도, 알루미늄은 가벼움에도 불구하고 매우 강하고 그래서 임펠러(24)는 높은 속도로 회전할 때 이 큰 힘을 견딜 수 있다.
도 3에 나타나 있는 바와 같이, 임펠러(24)의 허브(28)는 허브의 하류 측에서 오목부(29)를 포함한다. 이 오목부(29)에 의해, 임펠러(24)의 중량이 더 줄어들고, 그리하여, 아연을 사용하여 프레임(10)을 만듦으로써 추가되는 중량의 더 많은 부분을 상쇄할 수 있다. 또한, 오목부(29)는 환형이고, 프레임의 내벽의 축방향 연장 부분이 들어갈 수 있는 공동부를 제공한다. 이리하여, 임펠러(24)의 허브(28) 내부에 래비런스 시일이 형성되는데, 이 시일은 머리카락이나 먼지와 같은 이물질이 베어링 어셈블리(23)에 들어가는 것을 방지하는데, 그러한 이물질은 회전자 어셈블리를 손상시킬 수 있고 또한 모터의 수명을 크게 단축시킬 수 있다. 래비런스 시일은, 조립된 프레임(10)과 회전자 어셈블리(20)의 단면을 나타내는 도 4에서 볼 수 있다. 이 래비런스 시일은 영역(S)에서 부각되어 있다. 도 4는, 전술한 바와 같이 프레임(10)의 내벽(11)이 어떻게 베어링 어셈블리(23) 주위에서 보호 슬리브로서 작용하는지를 보여 준다.
도 5는 고정자 어셈블리(40)를 나타낸다. 이 고정자 어셈블리(40)는 2개의 C-형 고정자 코어(50) 및 보빈 어셈블리(44)를 포함한다. 각 C-형 코어(50)(C-코어라고도 함)는 후방부(52) 및 이 후방부(52)로부터 연장되어 있는 2개의 폴(pole) 아암(54)을 포함한다. 각 폴 아암(54)의 단부에는 폴면(56)이 있다. 보빈 어셈블리(44)는 중심 부분(42) 및 이 중심 부분(42)으로부터 연장되어 있는 외측 연장 아암 부분(48)을 포함한다. 중심 부분(42)은, 모터가 조립될 때 회전자 어셈블리(20)의 자석(22)을 둘러싸는 보어를 규정한다. C-코어(50)에서 자기장을 유도하기 위한 권선(나타나 있지 않음)이 보빈 어셈블리(44)의 아암 부분(48) 주위에 감길 수 있다. 아암 부분(48)에는 관통 구멍(49)이 제공되어 있고, 이 관통 구멍에 의해 C-코어(50)의 폴 아암(54)이 보빈 어셈블리(44)의 아암 부분(48)을 통과할 수 있고, 그래서 권선이 각 폴 아암(54) 주위에 위치된다. 아암 부분에 있는 관통 구멍(49)은 보빈 어셈블리(44)의 중심 부분(42)까지 이를 수 있고, 중심 부분(42)에 개구가 제공되어 있고, 그래서, 모터가 조립될 때 C-코어(50)의 폴면(56)이 자석(22)에 노출된다.
보빈 어셈블리(44)는 오목부(46)를 포함하고 있고, 이 오목부는 프레임(10)의 러그(16)와 정렬되도록 구성되어 있어, 고정자 어셈블리(40)가 프레임(10)에 고정될 수 있다. 러그(16)는 오목부(46)에 수용될 수 있고, 접착제 및/또는 억지 끼워?춤을 사용하여 제자리에 고정될 수 있다. 도 6은 조립된 모터(1)의 단면을 나타낸다. 이 도에서 볼 수 있듯이, 러그(16)는 보빈 어셈블리(44)의 오목부(46) 내부에 위치된다. 오목부(46)는 러그(16) 및 어떤 양의 접착제를 수용할 수 있기에 충분히 클 수 있다. 모터(1)의 조립 중에, 고정자 어셈블리(40)와 프레임(10)을 함께 결합하기 전에 접착제가 오목부(46) 안으로 또는 러그의 외면에 가해지거나 또는 이 두가지 모두로 가해질 수 있다.
베어링 어셈블리(23)는 한쌍의 베어링(72a, 72b) 및 이들 베어링(72a, 72b)을 분리시키는 스프링(73)을 포함한다. 스프링(73)은 사용 중에 베어링의 마모를 줄이기 위해 베어링(72a, 72b)의 외륜 각각에 예압을 주는 작용을 한다. 스프링(73)과 베어링(72a, 72b) 각각의 사이에 와셔가 또한 제공될 수 있다.
지금까지 특정한 설명했지만, 청구 범위에 규정되어 있는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 다양한 수정이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (16)

  1. 전기 모터로서,
    프레임;
    자석, 베어링 어셈블리, 임펠러, 및 축을 포함하는 회전자 어셈블리; 및
    고정자 코
    어와 보빈(bobbin)을 포함하는 고정자 어셈블리를 포함하고,
    상기 프레임은 내벽과 외벽을 포함하고, 외벽은 상기 내벽을 둘러싸고, 내벽과 외벽 사이에는 환형 채널이 형성되어 있으며, 디퓨저 베인이 상기 환형 채널을 통해 상기 내벽으로부터 외벽까지 연장되어 있고, 상기 내벽은 상기 회전자 어셈블리를 지지하기 위한 보어(bore)를 규정하고, 상기 외벽은 상기 모터의 실질적으로 원통형인 외부 케이싱을 규정하는, 전기 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보어는 상기 베어링 어셈블리에서 상기 회전자 어셈블리를 지지하는, 전기 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베어링 어셈블리는 상기 축에 고정되는 한쌍의 베어링 및 상기 두 베어링 사이에 위치되는 스프링을 포함하는, 전기 모터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베어링 어셈블리는 상기 보어 내부에 고정되고, 상기 내벽은 상기 베어링 어셈블리 주위에서 보호 슬리브로서 작용하는, 전기 모터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외벽은 상류 및 하류 방향 중 적어도 한 방향으로 상기 내벽을 축방향으로 넘어 연장되어 있는, 전기 모터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디퓨저 베인은 축방향으로 상기 내벽을 넘어 외벽까지 연장되어 있는 꼬리 부분을 가지고 있는, 전기 모터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내벽은 상기 내벽의 일 단부로부터 축방향으로 연장되어 있는 적어도 하나의 러그(lug)를 포함하는, 전기 모터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 고정자 어셈블리는 상기 적어도 하나의 러그를 수용하기 위한 적어도 하나의 오목부를 포함하는, 전기 모터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내벽은 상기 내벽의 일 단부로부터 축방향으로 연장되어 있는 환형 돌출부를 포함하고, 환형 돌출부는 상기 임펠러의 허브에 있는 오목부 안에 수용될 수 있는, 전기 모터.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임펠러는 알루미늄으로 형성된 축류 임펠러이고, 허브 및 허브에 부착되는 복수의 블레이드를 포함하는, 전기 모터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 내벽의 축방향 연장 환형 돌출부를 수용하기 위한 오목부를 포함하는, 전기 모터.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 내벽은 상기 허브의 외경과 실질적으로 같은 외경을 가지고 있는, 전기 모터.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임은 아연으로 형성되어 있는, 전기 모터.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임은 상기 외벽에 형성된 전기 연결부를 포함하는, 전기 모터.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기 연결부는 스페이드(spade) 단자인, 전기 모터.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 전기 연결부는 DC 기준 연결부인, 전기 모터.
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