KR20190074136A - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 버니어(vernier) 모터에 관한 것으로 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 코어, 상기 코어에서 상기 로터와 대향되도록 연장되는 티스부, 상기 티스부에 형성되어 상기 로터와 에어 갭을 갖는 두 개 이상의 티스(FMP, flux modunation pole)를 포함하며, 자성체의 강판이 타발되어 형성되는 스테이터 코어; 원주 방향을 따라 복수 개의 마그넷이 구비되며, 상기 스테이터 코어의 반경 방향 외측에서 회전 가능하도록 구비되는 로터; 그리고 상기 티스부와 티스부 사이의 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터에 있어서, 상기 티스와 티스 사이에 스테이터 마그넷이 구비되며, 상기 슬롯의 수는, 상기 코일의 엔드-턴(end-turn) 높이와 토크 성능을 고려하여, 9, 12, 15, 18 또는 21 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터가 제공될 수 있다.

Description

모터{motor}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 버니어(vernier) 모터에 관한 것으로 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터에 관한 것이다.

모터는 스테이터와 로터 사이의 전자기적 상호작용에 의해서 로터가 회전하여 그 회전력을 외부로 전달하기 위한 장치를 말한다. 여기서, 상기 로터의 회전력은 회전축을 통하여 부하를 구동시키게 된다.

상기 스테이터는 일반적으로 스테이터 코어와 상기 스테이터 코어에 권선된 코일을 포함하여 이루어진다. 따라서, 상기 코일에 전류가 흐름에 따라 전자기력이 발생하게 된다.

상기 전자기력에 의해서 로터가 회전하게 되는데, 모터의 성능 향상을 위해서 로터에 영구자석(마그넷)을 장착한 로터가 제공되고 있다. 이러한 모터에서는 스테이터에서 발생되는 전자기력과 로터의 마그넷의 자력의 상호 작용으로 로터가 회전하게 된다.

도 1에는 종래의 모터가 도시되어 있다. 이러한 모터는 세탁기의 모터로서 드럼을 구동시키기 위한 모터일 수 있다.

모터(1)는 로터(10)와 스테이터(20)를 포함하며 일례로 상기 로터(10)는 스테이터(20)의 반경 방향 외측에서 회전 가능하게 구비될 수 있다. 상기 로터(10)와 스테이터(20) 사이에는 반경 방향으로 갭(G)이 형성될 수 있다. 상기 갭(G)을 통해서 로터(10)가 스테이터(20)와 접촉하지 않고 회전할 수 있다. 상기 로터(10)는 드럼을 회전시키는 샤프트와 직접 연결되어 로터와 드럼이 함께 회전되도록 할 수 있다. 이러한 형태를 일반적으로 직결식 구동(direct drvie, DD) 방식이라 한다.

로터(10)는 로터 코어(11)와 마그넷(14)를 포함하여 이루어질 수 있다. 로터 코어는 자성체로 형성될 수 있으며, 로터 코어(11)의 반경 방향 내측면에 마그넷(14)이 장착될 수 있다. 상기 마그넷(14)은 영구자석으로서 각각의 자극을 갖도록 복수 개 구비될 수 있다. S극으로 착자된 마그넷(12)와 N극으로 착자된 마그넷(13)이 원주 방향을 따라 교대로 장착될 수 있다. 따라서, 이러한 마그넷(14) 수는 로터의 자극 수와 동일하게 된다.

스테이터(20)는 스테이터 코어(21)와 스테이터 코어에서 반경 방향으로 돌출되는 티스부(22) 그리고 티스부(23)의 반경 방향 말단에 구비되는 티스(23)를 포함할 수 있다. 상기 스테이터 코어(21), 티스부(22) 그리고 티스(23)는 동일한 자성체로 형성될 수 있으며, 전도성이 있는 강판으로 형성될 수 있다.

티스부(22)와 티스부(22) 사이에는 슬롯(24)이 형성되며 상기 슬롯에 도선이 권선되어 코일을 형성하게 된다.

일례로 상기 티스(23)와 마그넷(14) 사이의 반경 방향 간격을 갭(G)이라 할 수 있다.

도 1에 도시된 모터와 같은 종래의 모터는 로터 극수 40, 티스 수 24, 스테이터 자극 수 8 그리고 스테이터 슬롯 수 24를 갖는다. 즉, 티스 수와 슬롯 수는 동일하게 형성될 수 있다.

도 2에는 종래의 또 다른 형태의 모터가 도시되어 있다. 기본적인 형태는 도 1에서와 같다. 따라서 동일한 사항에 대해서는 중복 설명을 생략한다.

도 2에 도시된 스테이터(20)는 하나의 티스부(22)에 두 개의 티스(23)를 갖는 예가 도시되어 있다. 따라서, 티스부의 개수의 2배에 해당하는 티스 개수가 형성될 수 있다. 그리고, 하나의 티스부(22)에 형성되는 티스(23)와 티스(23) 사이에는 티스 간극(25)이 형성될 수 있다. 이러한 티스 간극(25)은 상기 티스(23)의 원주 방향 폭과 동일하게 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 모터와 같은 종래의 모터는 로터 극수 40, 티스 수 24, 스테이터 자극 수 8 그리고 스테이터 슬롯 수 12를 갖는다. 즉, 티스부의 수와 슬롯 수는 동일하며, 티스(FMP, flux modulation pole) 수는 티스부 수의 2배를 가질 수 있다.

마찬가지로, 도 2에 도시된 모터도 세탁기의 드럼을 구동하는 모터에 적용할 수 있으며, 스테이터의 구조만 다를 뿐 동일한 로터가 사용될 수 있음을 알 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 종래의 모터, 특히 세탁기용 모터는 로터에 구비되는 영구자석과 스테이터에서 발생되는 전자기력에 의해서 구동된다. 스테이터의 코일을 통해서 제공할 수 있는 전류와 전압의 크기는 제한될 수밖에 없다. 따라서, 스테이터를 통해 제공할 수 있는 전자기력 크기 내지는 모터의 출력은 제한될 수 밖에 없다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 로터에 영구자석을 구비하는 버니어 모터(vernier mortor)가 제공될 수 있다. 버니어 모터의 일례로는 일본특허출원(공개번호 JP2013-005563, 이하 "선행발명"이라 한다)에서 제시된 바가 있다.

로터에 구비되는 영구자석과 스테이터에 구비되는 영구자석 사이에 발생되는 인력에 의해서 스테이터에 구비되는 영구자석이 착탈되는 문제가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 선행발명에서는 스테이터의 티스와 티스 사이에 영구자석을 삽입하기 위한 비자성체의 홀더를 형성하는 것을 제시하고 있다. 즉, 상기 비자성체의 홀더에 영구자석을 몰딩하여 스테이터에 영구자석을 고정하는 구조를 제시하고 있다.

구체적으로, 선행발명은 자성체인 스테이터 코어와 영구자석을 인서트 몰딩한 후, 수지재질인 비자성체가 스테이터 코어와 영구자석을 감싸도록 하여 스테이터를 제작하는 것을 제시하고 있다.

따라서, 선행발명에서는 모터의 재료비 및 가공비가 증가할 수밖에 없다. 왜냐하면 홀더 형성을 위한 복잡한 구조가 추가될 수밖에 없고 이로 인해서 재료비가 증가하기 때문이다. 또한, 몰딩 후 추가적인 가공이 필요하고 이로 인해서 제작비가 상승할 수밖에 없다.

특히, 몰딩에 의해서 스테이터가 제작되므로 제작 시 오차 산포가 증가할 수 밖에 없어서 신뢰성이 저하된다. 그리고 영구자석 홀더가 차지하는 공간이 추가적으로 발생하므로 스테이터 전체의 사이즈가 증가될 수밖에 없다.

한편, 종래의 세탁기 드럼 구동용 모터는 슬롯수가 많기 때문에 구조가 복잡하며 제조가 용이하지 않은 문제가 있다. 따라서, 동등 성능 이상을 만족하면서 보다 간단하고 제작이 용이한 모터를 제공할 필요가 있다.

본 발명은 전술한 종래의 모터, 특히 버니어 모터의 문제를 해결하고자 함을 목적으로 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 단순한 구조, 추가적인 재료비 상승 억제 그리고 모터 사이즈 증가를 억제할 수 있는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 제작이 간단하면서도 안정적으로 스테이터에 영구자석을 장착할 수 있는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 자성체인 스테이터 코어에 영구자석을 직접 삽입 가능하도록 하면서도 구조적으로 매우 효과적으로 영구자석이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 스테이터에 삽입되어 장착된 영구자석이 반경 방향으로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 스테이터 코어의 상부와 하부에 각각 결합되는 인슐레이터를 통하여, 스테이터에 수직으로 삽입된 영구자석이 수직 방향으로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 스테이터 코어의 티스와 티스 사이에 장착된 마그넷의 피치와 티스 피치 사이의 비율을 최적화하여 최대 성능을 제공하는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 하나의 티스부에 복수 개의 티스가 형성되는 경우, 티스부의 폭과 티스부로부터 티스로 분지된 통로부의 폭 사이의 비율을 최적화하여 최대 성능을 제공하는 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 제조가 용이하고 성능이 우수한 세탁기 드럼 구동용 모터를 제공하고자 한다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 종래 세탁기 드럼 구동용 모터에서의 스테이터와 동일한 크기를 가지면서도 슬롯 수를 줄여 제조가 용이하고 간단한 모터를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 코어, 상기 코어에서 상기 로터와 대향되도록 연장되는 티스부, 상기 티스부에 형성되어 상기 로터와 에어 갭을 갖는 두 개 이상의 티스(FMP, flux modunation pole)를 포함하며, 자성체의 강판이 타발되어 형성되는 스테이터 코어; 원주 방향을 따라 복수 개의 마그넷이 구비되며, 상기 스테이터 코어의 반경 방향 외측에서 회전 가능하도록 구비되는 로터; 그리고 상기 티스부와 티스부 사이의 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터에 있어서, 상기 티스와 티스 사이에 스테이터 마그넷이 구비되며, 상기 슬롯의 수는, 상기 코일의 엔드-턴(end-turn) 높이와 토크 성능을 고려하여, 9, 12, 15, 18 또는 21 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터가 제공될 수 있다.

상기 슬롯의 수는, 상기 슬롯의 수 증가에 따른 엔드-턴 감소 경향, 최대 허용되는 엔드-턴 높이 조건, 그리고 세탁기의 드럼 구동을 위해 필요한 최소 토크 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

상기 슬롯의 수는, 상기 슬롯 수의 증가에 따른 모터 효율의 감소 경향 그리고 철손 증가 경향을 고려하여, 9, 12, 15 또는 18 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 슬롯의 수는, 상기 슬롯 수의 증가에 따른 단자 전압의 증가 경향을 고려하여, 9, 12, 15 또는 18 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 스테이터 코어는 상기 티스와 티스 사이에서 반경 방향 내측으로 함몰되어 상기 스테이터 코어와 일체로 형성되는 마그넷 장착부를 포함함이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부는, 상기 에어 갭을 향하여 개구부를 갖고, 상기 스테이터 마그넷이 수직 방향으로 삽입되도록 형성됨이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부는 상기 스테이터 코어의 타발에 의해서 형성됨이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부는, 상기 개구부의 양단에 원주 방향으로 상기 개구부의 폭이 좁아지도록 형성된 경사 돌기를 포함함이 바람직하다.

상기 티스부 하나 당, 상기 티스는 3개 형성되고 상기 마그넷 장착부는 2개 구비됨이 바람직하다.

상기 스테이터 마그넷은 모두 상기 스테이터 코어의 중심 방향으로 자속이 흐르도록 착자됨이 바람직하다.

상기 로터에 구비된 마그넷은 상기 스테이터 마그넷과 동일한 방향으로 자속이 흐르도록 착자됨이 바람직하다.

상기 로터에 구비된 마그넷은 원주 방향을 따라 소정 간격을 갖도록 배치됨이 바람직하다.

상기 로터에 구비된 마그넷의 원주 방향 폭은 상기 소정 간격의 원주 방향 폭보다 큰 것이 바람직하다.

상기 티스의 원주 방향 폭보다 상기 스테이터 마그넷의 원주 방향 폭이 더 큰 것이 바람직하다.

상기 스테이터 코어의 상면과 하면에 각각 결합되는 절연 재질의 인슐레이터를 포함하고, 상기 인슐레이터는, 상기 마그넷 장착부의 상면과 하면을 커버하여 상기 마그넷 장착부에 수직으로 장착된 스테이터 마그넷의 상면과 하면을 지지하는 티스 커버부를 포함함이 바람직하다.

상기 티스 커버부에는 원주 방향으로 연장되어 상기 티스 커버부의 강성을 보강하는 보강 리브가 형성됨이 바람직하다.

상기 티스의 원주 방향 길이(FMP 피치, β)에 대한 상기 스테이터 마그넷의 원주 방향 길이(스테이터 피치, α)의 비율(α/β)은 1.2 내지 2.1을 갖는 것이 바람직하다.

상기 모터는, 상기 비율(α/β)이 1.2 내지 2.1인 범위 내에서, 상기 비율(α/β)이 1.0 경우에서의 효율 100%와 토크리플 100% 대비하여, 효율 105% 이상이며 토크리플 95% 이하를 갖는다.

상기 스테이터 코어는 상기 티스부에서 원주 방향 양쪽으로 연장되어 상기 티스와 연결되는 통로부를 포함하며, 상기 통로부의 길이 방향에 대한 폭(Wm)에 대한 상기 티스부 길이 방향에 대한 폭(Wt)의 비율(Wt/Wm)은 2.63 내지 3.38을 갖는 것이 바람직하다.

상기 모터의 효율은 상기 비율(Wt/Wm)이 2.63 내지 3.38인 범위 내에서 85% 이상인 것이 바람직하다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 마그넷이 구비되는 로터; 코어, 상기 코어에서 상기 로터와 대향되도록 연장되는 티스부, 상기 티스부에 형성되어 상기 로터와 에어 갭을 갖는 두 개 이상의 티스(FMP, flux modunation pole)를 포함하며, 자성체의 강판이 타발되어 형성되는 스테이터 코어; 그리고 상기 티스부와 티스부 사이의 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 모터에 있어서, 상기 티스와 티스 사이에 스테이터 마그넷이 구비되며, 상기 티스의 원주 방향 길이(FMP 피치, β)에 대한 상기 스테이터 마그넷의 원주 방향 길이(스테이터 피치, α)의 비율(α/β)은 1.2 내지 2.1을 갖는 것을 특징으로 하는 모터가 제공될 수 있다.

상기 스테이터 코어는, 상기 티스와 티스 사이에 반경 방향으로 함몰되어 상기 스테이터 코어와 일체로 형성되는 마그넷 장착부가 형성됨이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부는, 상기 스테이터 코어의 타발에 의해서 상기 스테이터 코어와 일체로 형성됨이 바람직하다.

상기 티스부 하나 당, 상기 티스는 3개 형성되고 상기 스테이터 마그넷은 2개 구비될 수 있다.

상기 3개의 티스의 β 는 서로 동일하고, 상기 2개의 스테이터 마그넷의 α는 서로 동일함이 바람직하다.

상기 모터는, 상기 비율(α/β)이 1.0 에서 커짐에 따라, 역기전력과 효율이 증가하는 경향을 갖고, 토크 리플은 감소 후 증가하는 경향을 갖는다.

상기 모터는, 상기 비율(α/β)이 1.2 내지 2.1인 범위 내에서, 상기 비율(α/β)이 1.0 경우에서의 효율 100%와 토크리플 100% 대비하여, 효율 105% 이상이며 토크리플 95% 이하를 갖는다.

상기 스테이터 코어는 상기 티스부에서 원주 방향 양쪽으로 연장되어 상기 티스와 연결되는 통로부를 포함함이 바람직하다.

상기 티스부 길이 방향에 대한 폭(Wt)은 상기 통로부의 길이 방향에 대한 폭(Wm)보다 큰 것이 바람직하다.

상기 폭(Wm)에 대한 상기 폭(Wt)의 비율(Wt/Wm)은 2.63 내지 3.38을 갖는 것이 바람직하다.

상기 모터의 효율은 상기 비율(Wt/Wm)이 2.63 내지 3.38인 범위 내에서 85% 이상인 것이 바람직하다.

상기 통로부는 상기 마그넷 장착부를 지나 원주 방향으로 연장된 후 상기 티스와 연결될 수 있다.

상기 통로부는 상기 티스부와 90도보다 큰 각도를 갖는 사선 형태로 연장되어 상기 티스와 연결될 수 있다.

상기 마그넷 장착부의 원주 방향 말단과 상기 통로부 사이의 폭을 증가시키기 위하여, 상기 마그넷 장착부의 모서리 부분은 경사면을 갖도록 형성될 수 있다.

상기 경사면은 상기 통로부와 나란하도록 형성됨이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부에 장착되는 스테이터 마그넷의 모서리는 상기 경사면에 대응되어 챔퍼면을 갖는 것이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부는, 원주방향면과 상기 원주방향면 양단에서 각각 반경 방향으로 연장되는 반경방향면을 포함하고,상기 경사면은 상기 원주방향면과 어느 하나의 반경방향면 사이에만 형성될 수 있다.

상기 경사면은 상기 원주방향면의 양단 중 상기 티스부에서 원주 방향으로 더욱 이격된 모서리 부분에만 형성됨이 바람직하다.

상기 반경방향면과 상기 경사면 사이의 각도는 59도인 것이 바람직하다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 마그넷이 구비되는 로터; 코어, 상기 코어에서 상기 로터와 대향되도록 연장되는 티스부, 상기 티스부에 형성되어 상기 로터와 에어 갭을 갖는 두 개 이상의 티스(FMP, flux modunation pole)를 포함하며, 자성체의 강판이 타발되어 형성되는 스테이터 코어; 그리고 상기 티스부와 티스부 사이의 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 모터에 있어서, 상기 티스와 티스 사이에 스테이터 마그넷이 구비되며, 상기 스테이터 코어는 상기 티스부에서 원주 방향 양쪽으로 연장되어 상기 티스와 연결되는 통로부를 포함하고, 상기 티스부 길이 방향에 대한 폭(Wt)은 상기 통로부의 길이 방향에 대한 폭(Wm)보다 크고, 상기 폭(Wm)에 대한 상기 폭(Wt)의 비율(Wt/Wm)은 2.63 내지 3.38을 갖는 것을 특징으로 하는 모터가 제공될 수 있다.

전술한 목적을 구현하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따르면, 원주 방향을 따라 복수 개의 마그넷이 구비되는 로터; 코어, 상기 코어에서 상기 로터와 대향되도록 연장되는 티스부, 상기 티스부에 형성되어 상기 로터와 에어 갭을 갖는 두 개 이상의 티스(FMP, flux modunation pole)를 포함하며, 자성체의 강판이 타발되어 형성되는 스테이터 코어; 그리고 상기 티스부와 티스부 사이의 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 모터에 있어서,

상기 티스와 티스 사이에서 반경 방향으로 함몰되어 상기 스테이터 코어와 일체로 형성되며, 상기 에어 갭을 향하여 개구부를 갖고, 상기 개구부의 양단에 원주 방향으로 상기 개구부의 폭이 좁아지도록 경사 돌기가 형성된 마그넷 장착부; 그리고 상기 마그넷 장착부에 장착되는 마그넷을 포함하는 모터가 제공될 수 있다.

상기 모터는 세탁기의 드럼 구동용 3 상 모터일 수 있다.

상기 마그넷 장착부는 상기 스테이터 코어의 타발에 의해서 형성됨이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부는, 상기 개구부에서 반경 방향으로 이격되어 형성되는 원주방향면, 상기 원주방향면 양단에서 상기 개구부를 향해 연장되는 반경방향면, 그리고 상기 경사 돌기와 경사 돌기의 반경 방향 말단 사이에서 정의되는 공간일 수 있다. 상기 마그넷 장착부는 수직으로 연장된 공간이며, 마그넷이 수직으로 삽입되어 장착되는 공간이라 할 수 있다.

상기 개구부의 원주방향 폭은 상기 원주방향면의 원주방향 폭보다 작은 것이 바람직하다.

상기 경사 돌기는, 상기 반경방향면의 반경 방향 말단에서 상기 개구부의 원주방향 폭이 좁아지는 방향으로 연장되는 경사면; 그리고 상기 티스에서 원주 방향으로 연장되어 상기 경사면의 말단과 연결되는 원주면을 포함할 수 있다.

상기 반경방향면과 상기 경사면 사이의 각도는 180도보다 작은 것이 바람직하다.

상기 경사면과 원주면 사이의 각도는 90도보다 작도록 형성되며, 상기 경사면과 원주면 사이의 반경 방향 폭은 원주 방향으로 갈수록 작아지는 것이 바람직하다.

상기 경사면의 길이는 상기 경사 돌기의 원주 방향 길이와 상기 경사 돌기의 반경 방향 길이보다 큰 것이 바람직하다.

상기 경사 돌기의 원주 방향 길이와 상기 경사 돌기의 반경 방향 길이는 서로 동일하도록 형성됨이 바람직하다.

상기 경사 돌기의 원주 방향 길이와 반경 방향 길이는, 0.4 mm 이상에서 1.2 mm 이하임이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부에 장착되는 마그넷은, 상기 마그넷 장착부에 수직 방향으로 삽입되도록 상기 마그넷 장착부의 사이즈보다 작게 형성됨이 바람직하다. 그리고 상기 마그넷 장착부에 장착되는 마그넷은 상기 마그넷 장착부에 형합되도록 형성됨이 바람직하다.

상기 마그넷 장착부에 장착되는 마그넷은, 상기 원주방향면에 대응되는 기준면; 상기 반경방향면에 대응되는 측면; 상기 경사면에 대응되는 챔퍼면; 그리고 상기 에어 갭을 형성하는 대향면을 포함함이 바람직하다. 상기 대향면은 상기 개구부를 통해서 에어 갭 외부로 노출되는 것이 바람직하다.

상기 마그넷의 측면과 챔퍼면 사이의 각도는, 90도보다 크고, 상기 마그넷 장착부의 반경방향면과 상기 경사면 사이의 각도보다 작은 것이 바람직하다.

상기 마그넷의 기준면과 대향면은 곡면으로 형성됨이 바람직하다. 따라서, 마그넷은 "C" 형상을 갖도록 형성되어 반경 방향으로 자속 집중이 효과적으로 수행될 수 있다.

상기 티스는 상기 티스부 하나 당 3개 형성되며, 상기 마그넷 장착부는 티스와 티스 사이에 형성되어 상기 티스부 하나당 2개 형성됨이 바람직하다.

상기 티스의 원주 방향 폭(피치)는 상기 마그넷 장착부의 원주 방향 폭(피치)보다 작은 것이 바람직하다.

상기 3개의 티스의 원주 방향 폭은 서로 동일하고, 상기 2개의 마그넷 장착부의 원주 방향 폭은 서로 동일한 것이 바람직하다.

상기 스테이터 코어의 상면과 하면에 각각 결합되는 절연 재질의 인슐레이터를 포함하고, 상기 코일은 상기 인슐레이터가 상기 티스부를 감싸도록 결합된 후 권선됨이 바람직하다.

상기 인슐레이터는, 상기 마그넷 장착부의 상면과 하면을 커버하여 상기 마그넷 장착부에 수직으로 장착된 마그넷의 상면과 하면을 지지하는 티스 커버부를 포함할 수 있다.

본 실시예를 통한 모터에서는 종래의 모터와 동등 이상의 성능을 나타낼 수 있으며, 구조 또한 단순하게 형성할 수 있다.

전술한 실시예에서의 특징들은 다른 실시예에서 모순되거나 배타적이지 않는 한 복합적으로 구현될 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 단순한 구조, 추가적인 재료비 상승 억제 그리고 모터 사이즈 증가를 억제할 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 제작이 간단하면서도 안정적으로 스테이터에 영구자석을 장착할 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 자성체인 스테이터 코어에 영구자석을 직접 삽입 가능하도록 하면서도 구조적으로 매우 효과적으로 영구자석이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 스테이터에 삽입되어 장착된 영구자석이 반경 방향으로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 스테이터 코어의 상부와 하부에 각각 결합되는 인슐레이터를 통하여, 스테이터에 수직으로 삽입된 영구자석이 수직 방향으로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 스테이터 코어의 티스와 티스 사이에 장착된 마그넷의 피치와 티스 피치 사이의 비율을 최적화하여 최대 성능을 제공하는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 하나의 티스부에 복수 개의 티스가 형성되는 경우, 티스부의 폭과 티스부로부터 티스로 분지된 통로부의 폭 사이의 비율을 최적화하여 최대 성능을 제공하는 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 제조가 용이하고 성능이 우수한 세탁기 드럼 구동용 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예를 통하여, 종래 세탁기 드럼 구동용 모터에서의 스테이터와 동일한 크기를 가지면서도 슬롯 수를 줄여 제조가 용이하고 간단한 모터를 제공하고자 한다.

도 1은 종래의 모터의 일례를 도시하고,
도 2는 종래의 다른 모터의 일례를 도시하고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 일부분을 도시하고,
도 4는 도 3에 도시된 모터의 일부분을 확대한 모습을 도시하고,
도 5는 도 3에 도시된 모터에서 스테이터 마그넷을 생략하여 확대한 모습을 도시하고,
도 6은 도 5에 도시된 경사 돌기의 경사면 길이(L1)에 대한 역기전력의 변화 모습을 도시하고,
도 7은 도 5에 도시된 경사 돌기의 경사면 길이(L1), 경사 돌기의 원주 방향 길이(L2) 그리고 경사 돌기의 반경 방향 길이(L3) 사이의 관계 및 이들의 변화에대한 역기전력의 변화 모습을 도시하고,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 모터의 일례를 도시하고,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 모터에서 스테이터의 티스 피치(β)와 마그넷 피치(α) 그리고 티스부의 폭(Wt) 및 통로부의 폭(Wm)을 도시하고,
도 10은 도 9의 α/β 비율 변화에 대한 역기전력 변화 및 영구자석 재료비의 변화 모습을 도시하고,
도 11은 도 9의 α/β 비율 변화에 대한 역기전력 변화, 토크리플 변화 그리고 효율 변화 모습을 도시하고,
도 12는 도 9의 Wt/Wm 비율 변화에 대한 효율 변화 모습을 도시하고,
도 13은 도 9의 Wt/Wm 비율 변화에 대한 효율 변화 모습 및 티스부 폭(Wt) 변화에 대한 Wt/Wm 비율 변화 모습을 도시하고,
도 14는 통로부에 의한 자속 포화 모습 및 자속 포화 방지에 대한 통로부 및 마그넷 장착부에 대한 일실시예의 모습을 도시하고,
도 15는 통로부에 의한 자속 포화 모습 및 자속 포화 방지에 대한 통로부 및 마그넷 장착부에 대한 다른 실시예의 모습을 도시하고,
도 16은 도 15에 도시된 다른 실시예 통로부와 마그넷 장착부의 경사면과의 관계를 도시하고,
도 17은 스테이터의 슬롯 수, 코일의 엔드-턴 길이 그리고 토크 사이의 관계를 도시하고,
도 18은 스테이터의 슬롯 수, 코일의 엔드-턴 길이 그리고 효율 사이의 관계를 도시하고,
도 19는 스테이터의 슬롯 수, 철손 그리고 단자 전압 사이의 관계를 도시하고 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 버니어 모터에 대해서 상세히 설명한다.

첨부된 도면에서의 모터 구조는 설명의 편의상 수평 단면의 모습을 도시한 것이다.

먼저, 도 3을 통해서, 본 발명의 일실시예에 따른 버니어 모터의 기본 구조에 대해서 설명한다. 도 3에서는 편의상 원주 방향으로 3등분된 모터 중 1등분만 모터(100)이 도시되어 있다.

모터(100)는 스테이터(200)와 로터(110)를 포함하여 이루어질 수 있다. 스테이터는 대상물에 고정되는 구성이며, 상기 로터는 고정된 스테이터에 대해서 회전하는 구성이라 할 수 있다. 도시된 바와 같이, 스테이터(200)에 대해서 로터(110)가 반경 방향 외측에서 회전될 수 있으며, 이러한 모터를 아우터 로터 타입 모터라 할 수 있다.

스테이터(200)는 코어(210), 티스부(220) 그리고 티스(230)를 포함할 수 있으며, 코어(210), 티스부(220) 그리고 티스(230)를 스테이터 코어라 할 수 있다. 즉, 스테이터 코어가 코어(210), 티스부(220) 그리고 티스(230)를 포함할 수 있다. 티스부(220)와 티스부(220) 사이에는 슬롯(240)이 형성될 수 있다.

하나의 티스부(220)에는 복수 개의 티스(230)가 구비될 수 있다. 일례로, 하나의 티스부(220)에는 2 개의 티스가 형성될 수 있다. 그러나 후술하는 바와 같이 티스부 하나 당 형성되는 티스의 수는 달라질 수 있으며, 도 3에는 하나의 티스부(220)에 3 개의 티스(230)가 형성된 일례가 도시되어 있다.

상기 티스(230)는 로터와의 사이에서 갭(G)을 형성하도록 구비될 수 있다. 즉, 스테이터(200)에서 반경 방향으로 말단을 형성하여 갭(G)을 형성하는 구성이 티스(230)라 할 수 있다. 상기 티스(230)는 로터와의 사이에서 갭(G)을 통해서 자속이 이동하는 통로라 할 수 있다. 따라서, FMP(flux modulation pole)이라 할 수 있다.

상기 코어(210)는 환형 형상으로 형성될 수 있으며, 중앙은 빈 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 전체적으로 코어는 도넛 형상으로 형성될 수 있다. 상기 코어(210)는 아우터 로터 타입 모터에서는 스테이터의 중심을 형성하며, 따라서, 티스부(220)는 코어(210)에서 반경 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 코어(210)에서 원주 방향을 따라 복수 개의 티스부(220)가 반경 방향 외측으로 돌출되어 구비될 수 있다. 즉, 티스부(200)가 반경 방향 외측으로 돌출되어 아우터 로터 타입 모터의 스테이터가 형성될 수 있다. 편의상, 상기 설명된 코어(210), 티스부(220) 그리고 티스(230)를 모두 포함하는 구조를 스테이터 코어라 할 수도 있다.

상기 스테이터 코어(205)와 복수 개의 티스부(220)는 일체로 형성될 수 있다. 즉, 단일 몸체를 갖도록 형성될 수 있다. 마찬가지로 티스부(220)에 형성되는 티스(230)도 티스부(220)에 일체로 형성될 수 있다. 물론, 원주 방향을 따라 복수 개의 코어(210) 조각들이 서로 연결되어 하나의 환형을 갖는 코어(210)를 형성할 수 있다. 이를 분할형 코어(210)라 할 수 있다. 즉, 복수 개의 코어 조각들이 원주 방향으로 서로 연결되어 환형의 스테이터 코어를 형성할 수 있다.

물론, 스테이터 코어의 조각들 각각에는 하나 또는 복수 개의 티스부(220)가 일체로 형성될 수 있다.

이러한 스테이터 코어 또는 스테이터 코어 조각은 강판을 타발하여 형성될 수 있다. 즉, 얇은 두께를 갖는 강판을 타발하여 스테이터 코어 또는 스테이터 코어 조각을 형성할 수 있다. 이러한 타발 공정은 매우 정밀하게 수행될 수 있어서 치수 오차가 매우 작다. 따라서, 타발 후 별도의 기계 가공이 요구되지 않게 된다.

각각의 강판이 타발된 후 적층되어 스테이터 코어가 형성될 수 있다. 이러한 적층으로 인해 스테이터 코어의 높이 내지는 스테이터 코어의 두께가 결정될 수 있다. 물론, 이러한 적층은 스테이터 코어를 띠 형상으로 만든 후 수행될 수 있다. 즉, 띠 형상의 스테이터 코어를 스파이럴 형태로 감아서 적층함으로써 단일 몸체의 스테이터 코어를 형성할 수 있다.

어느 경우나, 스테이터 코어(205)의 전체 형상, 세부 구조 및 치수는 타발 공정을 통해 정밀하게 형성될 수 있다.

스테이터(200)에는 코일(240)이 구비된다. 구체적으로 티스부(220)를 감는 형태로 코일(240)이 형성된다. 원주 방향을 따라 티스부(220)와 이웃하는 티스부(220) 사이에는 슬롯(240)이 형성된다. 티스부(220)와 슬롯(240)의 개수는 동일하게 된다. 따라서, 티스부의 수 또는 슬롯의 수와 같은 수의 코일(240)이 형성된다. 상기 슬롯(240)은 코일(240)이 감기는 공간이라 할 수 있다.

상기 코일(240)은 3상을 형성하도록 구비될 수 있으며, U, V, W 각 상이 원주 방향을 따라 번갈아 가면서 구비될 수 있다. 하나의 티스부(220) 당 하나의 코일(240)이 감기면서 각 상을 형성하므로, 상기 티스부(220)의 개수는 3상 모터의 경우 3의 배수를 갖도록 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 스테이터 코어(205)에 마그넷(260)이 직접 장착될 수 있다. 이를 위해서 상기 스테이터 코어(205)에는 마그넷 장착부(250)가 형성될 수 있다.

상기 마그넷 장착부(250)는 스테이터 코어(205)의 일부분으로 형성될 수 있다. 즉, 스테이터 코어(205)가 타발로 형성될 때 마그넷 장착부(250)도 동시에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 스테이터 코어(205)와 다른 재질이 아닌 스테이터 코어(205) 자체에 마그넷 장착부(250)가 형성될 수 있다. 따라서, 마그넷 장착부(250)를 형성하기 위한 별도의 재료, 별도의 공정 또는 별도의 공간이 필요하지 않게 된다. 즉, 스테이터 코어(205)의 일부분으로서 마그넷 장착부(250)가 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 티스부(220)에는 3 개의 티스(230)가 형성될 수 있다. 티스부(220)의 반경 방향 말단에서 원주 방향 좌우로 확장되어 양단에 두 개의 티스(230) 그리고 중앙에 하나의 티스(230)가 형성될 수 있다. 상기 티스는 로터와 마주보도록 위치될 수 있다.

상기 마그넷 장착부(250)는 하나의 티스부(220)에서 이웃하는 티스(230)와 티스(230) 사이에 형성될 수 있다. 따라서, 하나의 티스부(220)에 3개의 티스(230)가 형성되는 경우, 2 개의 마그넷 장착부(250)가 형성될 수 있다.

상기 마그넷 장착부(250)는 티스(230)와 티스(230) 사이에서 반경 방향으로 함몰되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 마그넷 장착부(250)는 티스(230)와 티스(230) 사이의 공간이 제거된 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 스테이터 코어(205)의 타발 시 상기 마그넷 장착부(250)도 동시에 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 마그넷 장착부(250)는 자성체의 스테이터 코어(205)의 일부분으로 형성될 수 있다.

로터(110)는 로터 코어(111)와 마그넷(114)을 포함할 수 있으며, 마그넷은 S극 착자 마그넷(112)와 N극 착자 마그넷(113)이 교대로 구비될 수 있다. 마그넷(114)는 로터 코어(111)의 원주 방향을 따라 복수 개 구비될 수 있으며, 착자 방향은 교번된다.

구체적으로, 마그넷(114)은 실제 마그넷(112)와 가상 마그넷(113)을 포함할 수 있다. 실제 마그넷(112)은 자성물질로 제작된 마그넷이며 가상 마그넷(113)은 실제 마그넷(112)과 실제 마그넷(112) 사이의 공간 내지는 이러한 공간에 채워지는 비자성물질을 의미할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 실제 마그넷(112)는 자속이 반경 방향 내측으로 흐르도록 착자될 수 있다. 실제 마그넷(112)의 반경 방향 내측은 N극 그리고 반경 방향 외측은 S극으로 착자될 수 있다. 이러한 실제 마그넷(112)은 로터의 원주 방향을 따라 소정 간격을 두고 배치된다. 따라서, 가상 마그넷(113)의 착자 방향은 실제 마그넷(112)과 반대가 된다.

실제 마그넷(112)의 원주 방향 폭은 가상 마그넷(113)의 원주 방향 폭보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 실제 마그넷(112)에서 발생하는 자속을 이용하여 고효율의 모터를 제작하는 것이 가능하게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 스테이터에 구비되는 마그넷(260)의 착자 방향은 실제 마그넷(112)의 착자 방향과 동일할 수 있다. 따라서, 로터의 마그넷(112)와 스테이터의 마그넷(260) 사이에는 인력이 발생된다. 즉, 반경 방향으로 서로 잡아당기는 인력이 발생된다.

로터의 마그넷(112)이 견고히 로터 코어(112)에 견고히 고정되어 있음을 전제로 하면, 스테이터의 마그넷(260)은 반경 방향으로 이탈되는 힘을 받게 된다. 따라서, 스테이터의 마그넷(260)이 반경 방향으로 이탈되지 않도록 하는 고정 구조가 필요하게 된다.

그러나, 선행발명에서와 같이, 스테이터 코어와 별도로 고정 구조를 형성하는 것은 많은 문제점을 야기하게 된다.

본 실시예에 따르면, 스테이터 코어(205) 자체에 마그넷(260)이 장착 및 고정되기 위하 마그넷 장착부(250)를 형성할 수 있다.

상기 마그넷 장착부(250)는 스테이터 코어(205)를 형성한 후 마그넷(260)이 삽입되도록 구비될 수 있다. 즉, 스테이터 코어(205)에서 수직 방향으로 마그넷(260)이 삽입되고, 반경 방향 외측으로는 삽입된 마그넷(260)이 이탈되지 않도록 형성될 수 있다.

상기 마그넷 장착부(250)는 티스(230)와 티스(230) 사이에 함몰된 형태로 형성된다. 따라서, 상기 마그넷 장착부(250)는 반경 방향으로 개구부(253)를 갖게된다. 상기 개구부(253)는 마그넷 장착부(250)가 갭(G)을 향하여 개방된 것이라 할 수 있다. 따라서, 상기 마그넷 장착부(250)에 수직으로 삽입된 마그넷(260)은 상기 개구부(253)를 통해서 반경 방향으로 이탈될 우려가 있다.

이러한 마그넷(260)의 이탈을 방지하기 위하여 상기 마그넷 장착부에는 경사 돌기(255)가 형성됨이 바람직하다. 구체적으로, 상기 경사 돌기는 상기 개구부(253)의 양단에 형성되어 원주 방향으로 상기 개구부(253)의 폭이 좁아지도록 형성된 돌기라 할 수 있다. 따라서, 상기 경사 돌기는 상기 개구부의 원주 방향 중심에 대해서 대칭적으로 형성될 수 있다.

다시 말하면, 하나의 마그넷 장착부(250)에는 2개의 경사 돌기(255)가 형성된다. 원주 방향으로 배치된 티스, 마그넷 장착부 그리고 티스 사이의 관계를 선형 상태로 쉽게 설명하면, 2 개의 티스 사이에 마그넷 장착부가 형성되므로, 왼쪽의 티스(230)에서 경사 돌기는 오른쪽 방향으로 돌출되고 오른쪽의 티스(230)에서 경사 돌기는 왼쪽 방향으로 돌출된다. 따라서, 이러한 경사 돌기의 돌출 길이에 의해서 개구부의 폭은 좁아지게 된다. 그러므로, 상기 마그넷 장착부(250)에 삽입되어 상기 마그넷 장착부(250)를 채우는 마그넷(250)은 좁아진 개구부에 의해서 반경 방향으로 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

상기 마그넷 장착부(250)는 상기 개구부(253)에서 반경 방향으로 이격되어 형성되는 원주방향면(251), 상기 원주방향면(251)의 양단에서 상기 개구부(253)를 향해 연장되는 반경방향면(252)를 포함한다. 따라서, 상기 마그넷 장착부(250)는 상기 원주방향면(251), 반경방향면(252) 그리고 상기 경사 돌기(255)와 경사 돌기(255)의 반경 방향 말단 사이에서 정의되는 공간이라 할 수 있다. 즉, 이러한 공간은 티스와 티스 사이에 함몰된 단면을 갖는 공간이며, 이러한 공간에 마그넷(260)이 장착될 수 있다.

상기 원주방향면(251)은 단일 곡률 반경을 갖는 곡면 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 상기 경사 돌기(255)의 말단과 경사 돌기(255)의 말단은 단일 곡률 반경을 갖는 곡면 형상의 개구부(253)를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 마그넷 장착부(250)는 "C" 형상을 갖게 되며, 따라서, 상기 마그넷 장착부(250)에 장착되는 마그넷(260)도 "C" 형상을 가질 수 있다. 그러므로, 상기 마그넷 장착부(250)에 장착된 마그넷이 반경 방향으로 이탈되지 않도록, 개구부(253)의 원주방향 폭은 상기 원주방향면(251)의 원주 방향 폭보다 작은 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 상기 마그넷 장착부(250) 및 이의 경사 돌기(255)는 스테이터 코어(205)의 일부분이라 할 수 있다. 상기 경사 돌기(250)는 티스(230)에서 원주 방향으로 돌출된 돌기이며 타발 시 형성되는 구성이라 할 수 있다.

타발은 강판을 프레스로 찍어 원하는 형태의 모양을 형성하는 공정이다. 따라서, 두께가 얇은 형태의 구조는 타발 시 손상되거나 타발 후 쉽게 손상될 우려가 있다. 따라서, 개구부(253)의 원주 방향 폭을 좁히도록 돌출된 돌기는 삼각형 모양의 돌기임이 바람직하다. 즉, 돌출 방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상으로 돌기가 형성됨이 바람직하다. 이러한 형상으로 인해 타발 시 원하는 형태의 돌기가 형성될 수 있고, 돌기의 손상이 효과적으로 방지될 수 있다.

구체적으로, 돌기(255)는 원주면(257)와 경사면(256)을 포함할 수 있다. 상기 경사면(256)으로 인해 이러한 돌기를 경사 돌기(255)라 할 수 있다. 상기 원주면(257)은 티스의 반경 방향 말단에서 원주 방향으로 연장된 면이며, 상기 경사면(256)은 티스의 측면 내지는 마그넷 장착부의 반경방향면 말단에서 상기 원주면(257)의 말단을 향해 연장된 면이라 할 수 있다. 따라서, 상기 마그넷 장착부의 반경방향면(상기 티스의 측면)과 상기 경사면 사이의 각도(Y)는 180도보다 작은 것이 바람직하다.

상기 원주면(257)과 경사면(256)은 서로 교차하게 되며, 이러한 교차점이 경사 돌기의 말단이라 할 수 있다. 따라서, 상기 원주면(257)과 경사면(256) 사이의 각도(Z)는 90도보다 작은 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 경사 돌기(255)는 상기 경사면(256)과 원주면(257)으로 인해 직각 삼각형 형태 원주 방향으로 돌출된 형상을 갖게 되며, 돌출 방향 내지는 원주 방향으로 갈수록 반경 방향 폭이 좁아지게 된다. 경사 돌기(255)에서 돌출 시작 지점에서의 두께가 가장 크기 때문에, 타발이 용이하고 타발 시 손상이 최소화될 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 마그넷 장착부(250)에 장착되는 마그넷(260)은 상기 마그넷 장착부(250)에 삽입되어 고정된다. 따라서, 상기 마그넷(260)은 상기 마그넷 장착부(250)에 형합되도록 형성되며, 상기 마그넷 장착부(250)의 크기보다 작은 것이 바람직하다.

그러므로, 상기 마그넷(260)은 마그넷 장착부의 원주방향면(251)에 대응되는 기준면(261), 상기 마그넷 장착부의 반경방향면(252)에 대응되는 측면(262), 상기 경사면(256)에 대응되는 챔퍼면(263) 그리고 상기 에어 갭(G)을 형성하는 대향면(264)를 포함하게 된다. 상기 대향면의 곡률 반경은 상기 스테이터 코어(205)의 곡률 반경과 일치하도록 형성될 수 있다. 마찬가지로, 상기 마그넷의 기준면(261)도 단일 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다.

상기 마그넷(260)의 챔퍼면(263)은 모서리 부분을 챔퍼링한 부분이라 할 수 있다. 따라서, 상기 마그넷(260)의 측면(262)와 챔퍼면(263) 사이의 각도(X)가 중요하다. 상기 각도(X)가 상기 각도(Y)보다 작은 것이 바람직하다. 왜냐하면, 상기 각도(X)가 상기 각도(Y)보다 작은 경우 마그넷(260)과 마그넷 장착부(250) 사이의 공차(g)가 최소화될 수 있기 때문이다. 즉, 일정한 공차를 갖고 마그넷(260)과 마그넷 장착부(250)를 형성함과 동시에 마그넷(260)을 마그넷 장착부(250)에 장착할 수 있다. 그리고, 이러한 공차(g) 관리가 가능하므로 삽입된 마그넷(260)이 마그넷 장착부(250)에서 흔들리는 것이 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

한편, 상기 마그넷 장착부(250)에서 경사 돌기(255)는 마그넷(260)의 이탈을 방지하는 구성으로 실질적으로 마그넷 장착부(250)의 체적을 감소시키게 된다. 이는 상기 마그넷 장착부(250)에 장착되는 마그넷(260)의 체적을 감소시키는 것을 의미한다. 즉, 마그넷의 챔퍼면(263)에 해당하는 체적만큼 마그넷(260)의 체적이 작아짐을 의미한다. 또한, 상기 경사 돌기(255)로 인해 원주 방향으로 자속 누설이 발생될 수 있다.

따라서, 이러한 경사 돌기(255)가 없는 경우 전자기 성능은 최대라 할 수 있다. 경사 돌기(255)가 없는 경우 모터의 성능을 나타내는 역기전력을 100%라 할 때, 경사 돌기(255)의 크기의 제한이 필요하게 된다. 만약, 경사 돌기(255)의 크기가 커지면 마그넷(260) 이탈이 더욱 견고히 방지될 수 있으나, 모터의 성능이 저하되기 때문이다.

한편, 경사 돌기(255)의 크기를 줄이는 데에도 한계가 있다. 왜냐하면, 타발에 의해서 경사 돌기(255)가 스테이터 코어(205)와 일체로 형성되어야 하기 때문이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여, 경사 돌기(255)의 크기에 대한 최적 수치에 대해서 상세히 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 경사 돌기(255)는 안정적으로 타발이 수행되고 탈발 후 손상이 방지되도록 경사면(256)의 길이(L1)가 경사 돌기(255)의 반경방향 길이(L2)와 경사 돌기(255)의 원주방향 길이(L3)보다 큰 것이 바람직하다.

구체적으로, 상기 경사 돌기(255)의 반경방향 길이(L2)와 경사 돌기(255)의 원주방향 길이(L3)는 동일하게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 경사 돌기(255)는 경사면의 길이가 가능 긴 형태의 이등변 삼각형 형상을 가질 수 있다.

여기서, 상기 경사면(256)의 길이(L1)은 경사 돌기(255)의 반경방향 길이(L2)와 경사 돌기(255)의 원주방향 길이(L3)에 의해서 결정됨을 알 수 있다. 경사 돌기(255)가 없는 경우 상기 L1, L2, L3는 모두 0임을 알 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 경사 돌기의 경사면 길이(L1)이 증가할 수록 경사 돌기(255)의 크기가 커지며, 따라서 역기전력이 작아지는 것을 알 수 있다. 이러한 역기전력이 작아지는 것은 모터의 성능 저하를 의미하게 된다.

특히, 상기 경사 돌기(255)의 원주방향 길이(L3)와 반경방향 길이(L2)를 줄이는 데에는 한계가 있다. 즉, 타발 용이 및 경사 돌기의 손상 방지를 위해서 최소한의 길이가 보장되어야 한다.

따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 L2 또는 L3의 길이를 0.4 mm 보다 작게 하는 것은 바람직하지 않다. 물론, 0.4mm 보다 작은 경우 역기전력은 기준인 100%에 근접할 수 있으나, 타발의 어려움, 타발 후 경사 돌기(255)의 손상 그리고 마그넷(260)의 이탈 등 다양한 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 L2 또는 L3의 길이는 0.4mm 이상인 것이 바람직하다. 이를 통해서 상기 경사 돌기의 반경방향 길이 부분에 응력이 집중되더라도 경사 돌기가 손상되지 않게 된다.

한편, L2 또는 L3의 길이가 증가함에 따라 경사 돌기(255)의 크기가 커져 역기전력이 작아지게 된다. 전술한 바와 같이, 경사면의 길이(L1)은 L2와 L3에 의해서 결정되므로, L1이 커짐에 따라 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 역기전력이 작아짐을 알 수 있다.

따라서, 전자기 성능의 감소를 최소화하기 위하여, 기준 기전력 대비 95%를 갖도록 경사 돌기의 크기를 제한할 필요가 있다. 즉, L2 내지 L3를 기준으로 1.2mm 이하로 경사 돌기의 크기를 제한하는 것이 바람직하다.

결국, 경사 돌기의 L2 또는 L3는 0.4 mm 내지 1.2mm 사이에서 결정하는 것이 바람직할 것이다. 그리고, L2와 L3의 범위를 통해서 L1의 범위도 결정될 수 있다. L2와 L3가 같고, L2와 L3 사이의 각도가 직각인 경우, L1은 삼각 함수를 이용하여 L2 및 L3 보다 크게 결정될 수 있다. 도 7에서의 L1은 L2와 L3의 길이가 같고 서로 직간인 경우의 값으로 도시되어 있다.

전술한 마그넷 장착부(250) 또는 경사 돌기(255)는 마그넷(260)의 반경 방향 이탈을 위해 형성되는 것이 할 수 있다.

상기 마그넷(260)이 마그넷 장착부(250)에 수직으로 삽입되므로, 삽입된 마그넷(260)이 충격에 의해서 수직으로 이탈될 우려가 발생될 수 있다. 이러한 마그넷(260)의 수직 이탈을 방지하기 위하여, 본 발명의 일실시예에서는 인슐레이터(270)를 구비할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 인슐레이터(270)는 스테이터 코어(205)의 상부와 하부를 커버하는 구성으로 스테이터 코어(205)와 코일(240) 사이를 절연하는 구성이라 할 수 있다. 따라서, 이러한 인슐레이터(270) 구성은 세탁기의 드럼을 구동하는 모터에서는 일반적인 구성일 수 있다.

인슐레이터(270)는 스테이터 코어(205)의 상부를 커버하는 상부 인슐레이터와 하부를 커버하는 하부 인슐레이터로 구비될 수 있으며, 이들이 서로 결합되어 스테이터 코어(205)를 감쌀 수 있다.

구체적으로, 인슐레이터(270)는 코어를 덮는 코어 커버(271) 그리고 티스부를 덮는 티스부 커버(273)를 포함할 수 있다. 코일(240)은 티스부 커버(273)을 감싸면서 권선되게 된다.

본 실시예에서는 상기 티스부 커버(273)에서 반경 방향으로 더욱 연장되어 티스를 덮는 티스 커버(274)를 포함할 수 있다. 상기 티스 커버(274)는 티스뿐만 아니라 마그넷 장착부(260)을 덮도록 형성될 수 있다. 코어 커버(271)의 반경 방향 내측으로는 스테이터가 세탁기의 터브에 결합되기 위한 결합부(272)가 형성될 수 있다. 이러한 구성들은 모두 일체로 사출에 의해서 형성될 수 있다.

따라서, 상부 인슐레이터는 마그넷 장착부의 상부를 커버하고 하부 인슐레이터는 마그넷 장착부의 하부를 커버하게 된다. 일례로, 하부 인슐레이터와 스테이터 코어를 결합한 후 마그넷이 마그넷 장착부에 삽입될 수 있다. 이후 상부 인슐레이터가 스테이터 코어 및 하부 인슐레이터에 결합될 수 있다. 이러한 구조 및 조립 순서에 의해서 마그넷은 마그넷 장착부로부터 수직 이탈이 방지될 수 있다.

본 실시예에 따른 인슐레이터(270)의 티스 커버(274)에는 보강 리브(275)가 형성될 수 있다. 즉, 티스 커버(274)의 반경 방향 말단 부분에서 원주 방향으로 연장되는 보강 리브(275)가 형성될 수 있다. 따라서, 마그넷에 의해서 상기 티스 커버(274)에 수직 방향으로 힘이 가해지더라도 상기 보강 리브(275)에 의해서 상기 티스 커버(274)는 안정적으로 마그넷을 지지할 수 있게 된다.

전술한 실시예들을 통해서, 스테이터 코어에 함몰된 형태로 마그넷 장착부를 일체로 형성하여 매우 용이하게 마그넷을 장착할 수 있다. 아울러, 마그넷 장착부의 경사 돌기를 통해서 마그넷이 반경 방향으로 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 인슐레이터의 구조를 변경하여 마그넷 장차부에서 마그넷이 수직 방향으로 이탈되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

아울러, 경사 돌기의 형상 및 크기 범위를 통해서 매우 효율적이고 견고한 모터를 제공할 수 있다.

이하에서는 역기전력을 상승시켜 모터의 출력 밀도를 높일 수 있는 스테이터 코어의 구조에 대한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 티스의 원주 방향 길이(FMP 피치, β)와 상기 스테이터 마그넷의 원주 방향 길이(스테이터 피치, α)의 비율(α/β)의 변화에 따라 역기전력이 변하는 것을 알 수 있었다.

α/β 비율이 1인 경우를 기준으로 하여, α/β 비율이 증감에 따른 역기전력, 토크리플 그리고 효율의 변화는 도 10 및 도 11에 도시되어 있다.

상기 α/β 비율을 1 전후로 가변시킨 결과, 기본적으로 α/β 비율이 1보다 커질 수록 역기전력과 효율이 증가하는 것을 알 수 있었다. 그리고, 토크 리플 성능 또한 증가 경향을 나타내는 것을 알 수 있었다. 즉, 스테이터 피치가 FMP 피치보다 큰 것이 바람직함을 알 수 있었다.

효율 성능이 α/β 비율이 1에서의 100%를 기준으로 105% 이상이 되도록 하는 α/β 비율은 1.2 이상임을 알 수 있다. 이러한 비율의 상승 과정에서 여전히 토크 리플 성능이 더욱 개선됨을 알 수 있다.

비율의 더욱 상승하는 경우 효율은 더욱 증가하는 경향을 갖는데, 토크 리플 성능은 개선되다가 급격히 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉, α/β 비율이 2.1을 초과하는 경우, α/β 비율이 1인 경우의 토크리플 성능보다 저하되는 것을 알 수 있었다.

이러한 α/β 비율, 역기전력 성능, 효율 그리고 토크 리플 사이의 관계를 고려하여, 최적의 α/β 비율은 1.2 내지 2.1임을 알 수 있었다.

특히, 도 9에 도시된 스테이터 코어(205)에는 하나의 티스부(220)의 반경 방향 말단에 3 개의 티스(230)이 형성된 일례가 도시되어 있다. 즉, 하나의 티스부 당 3개의 티스 그리고 2 개의 스테이터 마그넷이 구비된 스테이터 코어가 도시되어 있다.

따라서, 이러한 구조를 갖는 스테이터 코어(205)에서 α/β 비율은 1.2 내지 2.1 사이로 결정되는 것이 바람직할 것이다.

아울러, 대칭을 이루기 위하여 상기 3개의 티스의 β 는 서로 동일하고, 상기 2개의 스테이터 마그넷의 α는 서로 동일함이 바람직하다. 그리고, 가운데 위치하는 티스를 기준으로 양쪽의 티스와 마그넷 장착부는 대칭을 이루도록 형성됨이 바람직할 것이다.

본 실시예에서의 마그넷 장착부(250)에 대한 특징, 스테이터 코어 그리고 로터에 대한 특징들은 전술한 실시예에서와 동일할 것이다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 티스부(220)에서 복수 개의 티스(230)가 형성되므로, 티스부(220)에서의 자속 통로의 폭 보다 티스(230)로 향하는 자속 통로의 폭은 작아질 수 밖에 없다. 왜냐하면 하나의 티스부(220)에서 복수 개의 티스(230)로 분지되기 때문이다. 이러한 분지 경로를 통로부(225)라 할 수 있다.

상기 통로부(225)는 스테이터 코어(205)의 일부분이며, 상기 티스부(220)에서 원주 방향 양쪽으로 연장되어 양쪽의 티스와 연결되는 부분이라 할 수 있다.

특히, 본 실시예에서와 같이, 하나의 티스부(220)에 3 개의 티스(230)가 형성되는 경우, 티스부(220)의 폭(Wt)와 통로부의 폭(Wm) 사이의 관계는 모터의 효율에 큰 영향을 미칠 수 있다.

도 12와 도 13은 Wt/Wm 비율과 모터의 효율 사이의 관계를 도시하고 있다. 그리고, Wt가 Wm보다 클 수 밖에 없기 때문에(메인 통로가 분지 통로보다 커야함을 전제로 하면) Wm을 먼저 결정한 후 Wt를 가변시켜 결정하는 것이 바람직할 것이다.

도시된 바와 같이, Wt/Wm 비율을 변화시키면 일정 범위 내에서 대략 효율이 85%로 유지되는 것을 알 수 있다. 즉, Wt/Wm 비율이 2.63 내지 3.38 범위 내에서 효율은 대략 85%로 유지되어 변하지 않게 된다. 그러나, 이러한 범위의 전후에서는 효율이 급격히 저하되는 것을 파악할 수 있다.

따라서, 효율이 85%를 만족하는 구간 내에서 Wt/Wm 비율이 결정되는 것이 바람직하다. 이러한 Wt/Wm 비율을 만족시키기 위해서 Wt는 21 mm 내지 27 mm 범위 내에서 결정될 수 있을 것이다.

본 실시예에서의 마그넷 장착부(250)에 대한 특징, 스테이터 코어 그리고 로터에 대한 특징들은 전술한 실시예에서와 동일할 것이다.

그러므로, 본 실시예에서의 통로부 폭인 Wt는 마그넷 장착부에 영향을 받을 수 있다.

일례로, 통로부가 경사지게 형성된 경우, 상기 통로부와 마그넷 장착부 사이의 간격이 좁아질 수 있다. 도 14의 좌측 그림에서 통로부가 사선 형태로 연장되는 경우, 마그넷 장착부의 모서리 부분과의 사이의 폭이 좁아져, 이 부분에서 자속 포화가 발생되는 것을 알 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 도 14의 우측 그림에서와 같이, 통로부는 원주 방향으로 연장하는 것이 바람직하다. 특히, 통로부는 마그넷 장착부보다 원주 방향으로 더욱 연장된 후 티스와 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 마그넷 장착부의 모서리 부분에서의 자속 포화가 현저히 줄어드는 것을 알 수 있다.

한편, 통로부를 원주 방향으로 연장하는 것은 자속 경로의 길이가 증가되는 것이라 할 수 있다. 즉, 반경 방향으로 이동하는 자속이 원주 방향으로 우회하는 것이라 할 수 있다.

따라서, 자속 포화가 방지됨을 전제로 하면 통로부는 경사 방향으로 연장되는 것이 바람직하다. 즉, 티스부에서 티스 사이의 통로부는 사선 형태로 연장되는 것이 바람직하다. 즉, 티스부와 통로부 사이의 각도는 대략 90도보다 큰 것이 바람직하다. 원주 방향으로 통로부가 연장되는 것은 대략 90도 보다 작은 것이라 할 수 있다.

그러나, 이 경우, 도 14 및 도 15의 좌측 그림에서와 같이 마그넷 장착부의 모서리 부분에서 자속 포화가 발생하게 된다. 이러한 자속 포화는 Wm의 감소와 밀접한 관계에 있다고 볼 수 있다.

따라서, 통로부의 형상은 변경하지 않고 통로부와의 사이에서 통로부의 폭을 결정하는 마그넷 장착부의 모서리 부분을 경사면으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 일례가 도 15의 우측 그림이라 할 수 있다.

즉, 상기 마그넷 장착부의 경사면(258)을 상기 통로부와 실질적으로 나란하게 형성함으로써 통로부의 폭을 증가시킬 수 있다. 물론, 상기 경사면(258)에 대응되도록 스테이터 마그넷(260)에는 챔퍼면이 형성될 것이다. 이러한 챔퍼면은 전술한 실시예에서의 마그넷 이탈 방지를 위한 챔퍼면과는 다르며, 그 폭 또한 더 큰 것이 바람직할 것이다.

상기 마그넷 장착부는, 원주방향면(251)과 양측의 반경방향면(252,252a)를 포함할 수 있다. 티스부(220)의 원주 방향 중심을 기준으로 더욱 이격된 위치에서의 반경방향면(252a)와 원주방향면(251) 사이의 모서리 부분에 경사면(258)이 형성될 수 있다. 이러한 경사면으로 인해서 반경방향면(252a)의 길이가 다른 반경방향면(252)의 길이보다 작게 된다.

상기 반경방향면(252a)와 경사면(258) 사이의 각도(θ)는 대략 59도인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 경사면(258)은 통로부와 나란하게 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 실시예들에서 설명된 모터는 세탁기의 드럼 구동을 위한 모터일 수 있다. 일례로, 스테이터에 대해서 로터가 반경 방향 외측에서 회전하는 모터일 수 있다.

스테이터, 일례로 도 8에 도시된 인슐레이터의 결합부(272)에 의해서,는 터브의 후벽에 고정될 수 있다. 터브의 후벽을 관통하여 드럼의 중심과 연결된 샤프트가 상기 스테이터의 중심을 관통하여 상기 로터의 중심과 연결될 수 있다. 따라서, 로터가 터브에 고정된 스테이터에 대해서 회전함에 따라 드럼이 회전할 수 있다.

드럼 세탁기(프론트 로더)의 경우 캐비닛의 전후 크기의 한계로 인해서 모터의 전후 길이(즉, 모터의 높이)를 키우는데 한계가 있다. 마찬가지로 탑 로더의 경우 캐비닛의 상하 크기의 한계로 모터의 높이를 키우는데 한계가 있다.

상기 세탁기의 드럼을 구동하는 모터는 3 상 모터이며, 최근에는 인버터를 이용하여 매우 정밀하게 제어되고 있는 추세에 있다.

세탁기의 드럼을 구동하는 모터는, 세탁, 헹굼 그리고 탈수 등 다양한 행정을 수행해야 하므로, 기준이 되는 토크 성능과 효율을 만족해야 할 것이다.

특히, 전술한 바와 같이, 모터의 높이의 증가는 캐비닛 크기의 증가를 발생시키기 때문에 매우 제한적이다. 모터의 높이를 좌우하는 것으로는 코일의 엔드-턴(end-turn) 길이라 할 수 있다.

스테이터의 티스부에 코일이 권선되는 데, 감김 수가 많아질수록 또는 코일의 선경이 두꺼워질 수록 엔드-턴 길이는 증가할 수 밖에 없다. 엔드-턴은 티스부의 상하로 돌출되는 코일 부분을 의미하므로, 스테이터 코어의 두께와 상하 엔드-턴의 길이를 합한 것이 스테이터의 높이라 할 수 있다.

스테이터의 상당 턴 수, 즉 코일 전체의 감김 수가 일정하다는 전제에서, 스테이터 코어의 슬롯 수가 많아질 수록 엔드-턴의 길이는 감소할 수 밖에 없다. 왜냐하면, 슬롯 수가 많은 경우 슬롯 당 턴 수가 작아지기 때문에 엔드-턴의 길이가 감소할 수밖에 없다.

이러한 슬롯 수와 세탁기의 모터 구동용 3상 모터의 요구 사항 사이의 관계를 통하여 최적의 슬롯 수를 결정하는 것이 가능하다.

3상 모터이므로, 3상의 코일이 권선되기 위하여 슬롯 수는 3의 배수로 선택되어야 하며, 기본적으로 슬롯 수 및 티스부의 수는 6 이상이어야 한다.

도 17은 슬롯 수와 토크 성능 사이의 관계를 도시하고 있다. 슬롯 수가 6인 경우에는 엔드-턴 높이가 요구 조건보다 커져 모터의 크기 증가를 야기하는 문제가 발생되었다. 그리고, 토크 성능 또한 요구 조건을 만족하지 못하였다.

그러나, 슬롯 수가 9인 경우에는 엔드-턴 조건 및 토크 조건을 모두 만족함을 알 수 있었다. 물론, 슬롯 수가 증가함에 따라 엔드-턴 길이가 작아지는 경향을 갖게 된다.

토크 조건을 기준으로 하여, 슬롯 수는 9, 12, 15, 18 그리고 21에서 만족함을 알 수 있었다. 슬롯 수가 9에서 증가하여 18에 이르기 까지 토크 성능을 점차 좋아지다가 21에서 급격히 감소하였으나, 21에서도 토크 조건을 만족되었다. 그러나, 슬롯 수 9에서 슬롯 수 21 보다 토크 성능이 우수함을 알 수 있었다.

도 18은 슬롯 수와 효율 사이의 상관 관계를 도시하고 있다. 효율은 슬롯 수가 증가함에 따라 점차 감소함을 알 수 있었다. 대략 슬롯 수 21에서도 효율 조건을 만족시키지만, 효율 조건을 80% 이상으로 강화하였을 때 슬롯 수는 9, 12, 15 그리고 18에서 만족됨을 알 수 있다. 따라서, 효율 조건 및 엔드-턴 길이 조건을 통해서는 슬롯 수가 9, 12, 15, 그리고 21인 것이 바람직하다.

도 19는 철손, 단자 전압 그리고 슬롯 수의 상관관계를 도시하고 있다. 슬롯 수가 증가함에 따라 단자전압과 철손이 증가하는 경향을 갖는 것을 알 수 있다. 특히, 슬롯 수가 18에서 21로 증가하는 구간에서 철손과 단자전압이 급격히 상승하는 경향을 갖는 것을 알 수 있었다. 따라서, 슬롯 수 9, 12, 15 그리고 18인 경우 철손 및 단자 전압 조건은 모두 만족됨을 알 수 있었다.

이러한 결과, 세탁기 드럼 구동용 3상 모터에서 스테이터의 슬롯 수는 9, 12, 15 그리고 18 중 어느 하나로 결정되는 것이 최적임을 알 수 있었다. 즉, 엔드-턴 조건, 토크 조건, 효율 조건, 철손 조건 및 단자전압 조건을 고려하여 이러한 범위 내의 슬롯 수가 최적이며, 이 범위를 벗어나는 슬롯 수에서는 각각의 조건에서 현저히 벗어나는 것을 알 수 있었다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 세탁기 드럼 구동용 3상 모터에서의 스테이터의 슬롯 수는 24보다 많다. 따라서, 코일을 형성해야 하는 개소가 많기 때문에 코일 형성이 용이하지 않다. 그리고, 권선기 또한 코일 개소의 증가로 인해 복잡해질 수밖에 없다.

그러나, 본 실시예에 따른 세탁기 드럼 구동용 3상 모터의 경우에는, 슬롯 수가 24보다 작은 9, 12, 15 및 18 중 어느 하나를 선택하여 적용할 수 있다. 따라서, 스테이터의 제작이 매우 용이하게 된다. 또한, 동일한 형태의 로터를 사용할 수 있으므로, 로터를 특별히 다시 제작할 필요가 없게 된다.

슬롯의 개수 감소로 인해서 전술한 인슐레이터의 구조 또한 단순하게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 세탁기 드럼 구동용 3상 모터의 경우에는, 기존과 동일한 사이즈의 스테이터에서 코일에 의한 전자기력뿐만 아니라 스테이터에 마그넷을 장착함으로써 보다 효율이 높은 모터를 제공하는 것이 가능하다. 특히, 슬롯 수의 감소에 의해서 티스부의 크기가 기존의 티스부의 크기보다 크기 때문에 티스부의 일부분에 마그넷 장착부를 일체로 형성하여 마그넷을 용이하게 장착할 수 있다.

종래의 세탁기용 3상 모터의 경우, 슬롯 수가 많기 때문에 티스부 및 티스부의 말단인 티스의 크기가 상대적으로 작다. 따라서, 티스에 함몰시켜 마그넷을 장착할 공간이 없게 되며, 스테이터 코어와 별도로 사출 구조물을 통해서 마그넷을 장착하는 경우 스테이터의 크기가 커지는 문제가 있게 된다.

단순하게 도 1에 도시된 스테이터 코어와 도 3에 도시된 스테이터 코어의 크기(스테이터 코어의 직경)이 동일하다고 전제하면, 본 실시예에 따른 스테이터 코어의 크기의 차이를 직관적으로 인식할 수 있으며, 이로 인해 스테이터 코어의 반경 방향 말단 부분의 일부분을 함몰시켜 마그넷을 장착할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 티스의 반경 방향 폭이 종래 세탁기 모터에서의 티스 반경 방향 폭보다 현저히 커짐을 알 수 있다. 따라서, 인슐레이터를 통해서 효과적으로 마그넷 장착부를 커버하여 마그넷을 지지할 수 있음을 알 수 있다.

100 : 모터 110 : 로터
111 : 로터 코어 112 : 로터 마그넷
200 : 스테이터 205 : 스테이터 코어
210 : 코어 220 : 티스부
230 : 티스 240 : 코일
250 : 마그넷 장착부 260 : 스테이터 마그넷

Claims (20)

1. 코어, 상기 코어에서 상기 로터와 대향되도록 연장되는 티스부, 상기 티스부에 형성되어 상기 로터와 에어 갭을 갖는 두 개 이상의 티스(FMP, flux modunation pole)를 포함하며, 자성체의 강판이 타발되어 형성되는 스테이터 코어;
   원주 방향을 따라 복수 개의 마그넷이 구비되며, 상기 스테이터 코어의 반경 방향 외측에서 회전 가능하도록 구비되는 로터;
   그리고 상기 티스부와 티스부 사이의 슬롯에 권선되는 코일을 포함하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터에 있어서,
   상기 티스와 티스 사이에 스테이터 마그넷이 구비되며,
   상기 슬롯의 수는, 상기 코일의 엔드-턴(end-turn) 높이와 토크 성능을 고려하여, 9, 12, 15, 18 또는 21 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬롯의 수는, 상기 슬롯의 수 증가에 따른 엔드-턴 감소 경향, 최대 허용되는 엔드-턴 높이 조건, 그리고 세탁기의 드럼 구동을 위해 필요한 최소 토크 조건을 만족시키는 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 슬롯의 수는, 상기 슬롯 수의 증가에 따른 모터 효율의 감소 경향 그리고 철손 증가 경향을 고려하여, 9, 12, 15 또는 18 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 슬롯의 수는, 상기 슬롯 수의 증가에 따른 단자 전압의 증가 경향을 고려하여, 9, 12, 15 또는 18 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스테이터 코어는 상기 티스와 티스 사이에서 반경 방향 내측으로 함몰되어 상기 스테이터 코어와 일체로 형성되는 마그넷 장착부를 포함함을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 마그넷 장착부는, 상기 에어 갭을 향하여 개구부를 갖고, 상기 스테이터 마그넷이 수직 방향으로 삽입되도록 형성됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 마그넷 장착부는 상기 스테이터 코어의 타발에 의해서 형성됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 마그넷 장착부는, 상기 개구부의 양단에 원주 방향으로 상기 개구부의 폭이 좁아지도록 형성된 경사 돌기를 포함함을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 티스부 하나 당, 상기 티스는 3개 형성되고 상기 마그넷 장착부는 2개 구비됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스테이터 마그넷은 모두 상기 스테이터 코어의 중심 방향으로 자속이 흐르도록 착자됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 로터에 구비된 마그넷은 상기 스테이터 마그넷과 동일한 방향으로 자속이 흐르도록 착자됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로터에 구비된 마그넷은 원주 방향을 따라 소정 간격을 갖도록 배치됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 로터에 구비된 마그넷의 원주 방향 폭은 상기 소정 간격의 원주 방향 폭보다 큰 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
14. 제 9 항에 있어서,
    상기 티스의 원주 방향 폭보다 상기 스테이터 마그넷의 원주 방향 폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
15. 제 9 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 상면과 하면에 각각 결합되는 절연 재질의 인슐레이터를 포함하고,
    상기 인슐레이터는, 상기 마그넷 장착부의 상면과 하면을 커버하여 상기 마그넷 장착부에 수직으로 장착된 스테이터 마그넷의 상면과 하면을 지지하는 티스 커버부를 포함함을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 티스 커버부에는 원주 방향으로 연장되어 상기 티스 커버부의 강성을 보강하는 보강 리브가 형성됨을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
17. 제 5 항에 있어서,
    상기 티스의 원주 방향 길이(FMP 피치, β)에 대한 상기 스테이터 마그넷의 원주 방향 길이(스테이터 피치, α)의 비율(α/β)은 1.2 내지 2.1을 갖는 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 모터는,
    상기 비율(α/β)이 1.2 내지 2.1인 범위 내에서, 상기 비율(α/β)이 1.0 경우에서의 효율 100%와 토크리플 100% 대비하여, 효율 105% 이상이며 토크리플 95% 이하인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
19. 제 5 항에 있어서,
    상기 스테이터 코어는 상기 티스부에서 원주 방향 양쪽으로 연장되어 상기 티스와 연결되는 통로부를 포함하며,
    상기 통로부의 길이 방향에 대한 폭(Wm)에 대한 상기 티스부 길이 방향에 대한 폭(Wt)의 비율(Wt/Wm)은 2.63 내지 3.38을 갖는 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 모터의 효율은 상기 비율(Wt/Wm)이 2.63 내지 3.38인 범위 내에서 85% 이상인 것을 특징으로 하는 세탁기의 드럼 구동용 3상 모터.
    

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