KR20190128914A - 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기 - Google Patents

분리 타입의 보조치를 구비한 전동기 Download PDF

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KR20190128914A
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조형근
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(주) 동국이노텍
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Abstract

본 발명은 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기에 관한 것으로, 메인치와, 메인치들간에 결합되는 분리 타입 보조치로 전동기의 고정자를 구현하고, 메인치와 보조치의 최적 설계를 통해 점적률을 높임으로써 자동 권선이 용이하도록 한 것이다.

Description

분리 타입의 보조치를 구비한 전동기{Electric motor having separation type auxiliary teeth}
본 발명은 전동기의 치-슬롯 구조에 관련한 것으로, 특히 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기에 관한 것이다.
전동기 설계에서 극(Pole) 수와 슬롯(Slot) 수의 선택은 매우 중요한 의미를 가진다. 극 수는 전동기의 토크와 속도에 가장 큰 영향을 미치며, 슬롯 수는 권선 코일의 자기력 분포에 따라 토크 리플에 가장 큰 영향을 미친다. 특히, 극 수와 슬롯 수의 조합은 전동기의 진동 소음 및 토크 리플을 발생시키는 주요 원인으로 분석되고 있는 만큼 매우 신중한 선택이 중요하다.
최근 차량용 전동기에서 정숙성 확보가 가장 큰 이슈로 대두됨에 따라 극 수와 슬롯 수가 정수로 나누어 지지 않는 프렉셔널(Fractional) 구조의 전동기가 주목받고 있다. 주로 8극 9슬롯, 10극 12슬롯 등과 같이 극 수 및 슬롯 수를 상이하게 함으로써 코깅 토크와 토크 리플이 작아지게 된다.
차량용 전동기는 배터리 전원을 입력으로 가지므로, 한정된 전압과 전류로 인해 성능에 제약이 많으며, 한정된 공간으로 인해 체적 제한 또한 타 분야에 비해 매우 극심한 실정이다. 그러므로, 전동기 설계에서 출력밀도 증대는 물론 효율 상승이 매우 중요하다 할 수 있다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0027713호(2015.03.12)에서 8n극 6n슬롯(n은 자연수)을 가지며, 스테이터 코어의 복수의 자극에서 하나 걸러 하나씩 자극에 3n개의 권선을 권회함으로써 권선수를 최소화할 수 있어 권선 비용 및 결선 비용을 삭감할 수 있는 전기 모터를 제안하고 있다.
그런데, 종래의 전동기의 치(Teeth)-슬롯(Slot) 구조는 치(Teeth)들이 분리 타입으로 구현되지 않고 일체형으로 구현됨으로써 점적률이 낮을 수밖에 없었다. 점적률(Coil Space Factor 또는 Slot Fill Factor)은 치(Teeth) 면적 대비 권선 코일(Winding Coil)이 차지하는 면적의 비중 또는 슬롯(Slot) 면적 대비 권선 코일(Winding Coil)이 차지하는 비중을 말한다.
점적률이 낮을 경우, 자동 권선기(Auto-winding machine)를 통해 치에 권선 코일을 자동으로 권선하는 것이 불가능하여, 작업자가 수작업으로 일일이 치에 권선 코일을 권선해야 하는 문제가 발생한다. 이는 전동기 제작 단가 상승은 물론 제작 시간 증가를 야기하여 생산성 저하로 이어진다.
대한민국 공개특허 제10-2015-0027713호(2015.03.12)
본 발명은 메인치와, 메인치들간에 결합되는 분리 타입 보조치로 전동기의 고정자를 구현하고, 메인치와 보조치의 최적 설계를 통해 점적률을 높일 수 있는 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기가 m개의 영구자석을 구비하여, m개의 극(Pole)이 형성되는 회전자(Rotor)와; n개의 메인치(Main Teeth)와, n개의 메인치들간에 결합되는 n개의 분리 타입 보조치(Auxiliary Teeth)를 구비하여, 2n개의 슬롯(Slot)이 형성되는 고정자(Stator)와; 고정자에 권선되는 권선 코일(Winding Coil)을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 보조치가 메인치와 상이한 형상을 가지는 이형의 보조치일 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 권선 코일이 n개의 메인치에만 권선되도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 메인치가 보조치의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기는 보조치의 단면적 보다 큰 단면적을 가지는 메인치로 더 많은 자속(Magnetic Flux)이 통과한다.
본 발명은 메인치와, 메인치들간에 결합되는 분리 타입 보조치로 전동기의 고정자를 구현하고, 메인치와 보조치의 최적 설계를 통해 점적률을 높임으로써 자동 권선이 용이하여 제작 단가 및 제작 시간을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 메인치와 보조치가 분리된 것을 예시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 메인치에 권선 코일이 권선된 것을 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 회전자에 구비된 영구자석에 의한 자기력선을 예시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 자속 밀도의 분포를 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 일 실시예의 구성을 도시한 도면, 도 2 는 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 메인치와 보조치가 분리된 것을 예시한 도면, 도 3 은 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 메인치에 권선 코일이 권선된 것을 예시한 도면이다.
도 1 내지 도 3 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기(100)는 회전자(Rotor)(110)와, 고정자(Stator)(120)와, 권선 코일(Winding Coil)(130)을 포함한다.
회전자(110)는 m개의 영구자석(111)을 구비하여, m개의 극(Pole)이 형성된다. 이 때, 회전자(110)에 구비되는 영구자석(111)의 극성이 교번하도록 배치될 수 있다. 도면을 참조해 보면, 영구자석(111)이 N극과 S극이 교번하도록 배치되어 있음을 볼 수 있다.
고정자(120)는 n개의 메인치(Main Teeth)(121)와, n개의 메인치들간에 결합되는 n개의 분리 타입 보조치(Auxiliary Teeth)(122)를 구비하여, 2n개의 슬롯(Slot)(123)이 형성된다.
이 때, 보조치(122)가 메인치(121)와 상이한 형상을 가지는 이형의 보조치로 구현될 수 있다. 한편, 메인치(121)가 보조치(122)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지도록 구현될 수 있다.
권선 코일(130)은 고정자(120)에 권선된다. 이 때, 권선 코일(130)이 n개의 메인치(121)에만 권선되도록 구현될 수 있다. 고정자(120)에 권선된 권선 코일(130)에 전류를 인가하면 자기장이 발생하고, 이 자기장에 회전자(110)의 영구자석(111)이 반응하여 회전자(110)를 회전시킨다.
고정자(120)에 권선된 권선 코일(130)에 인가되는 전류의 방향을 주기적으로 바꿔주면, 권선 코일의 극성이 주기적으로 바뀌고, 주기적으로 바뀌는 권선 코일의 극성에 의해 극성이 교번하여 회전자(110)에 배치되는 영구자석(111)에 척력이 계속 작용하여 회전자(110)가 회전하게 된다.
이 때, 고정자(120)의 메인치(121)들과 보조치(122)들이 분리 타입으로 구현되므로, 메인치(121)들 사이에 보조치(122)들이 쉽게 결합되거나 또는 분리될 수 있다.
예컨대, 메인치(121)들과 보조치(122)들의 상부면과 하부면 각각에 결합홈(124a)(124b)을 형성하고, 이 결합홈(124a)(124b)에 고정부재(125)를 삽입하거나 또는 이로부터 제거함에 의해 메인치(121)들과 보조치(122)들간이 결합 또는 분리되도록 구현될 수 있다. 그러나, 메인치(121)들과 보조치(122)들간의 결합/분해 구조가 이에 한정되지는 않는다.
이에 따라, 메인치(121)와 보조치(122)가 분해된 상태에서 메인치(121)에 권선 코일(130)을 권선할 수 있으므로, 자동 권선기(Auto-winding machine)(도면 도시 생략)를 통해 메인치(121)에 권선 코일(130)을 자동으로 권선하는 것이 매우 용이하다.
한편, 보조치(122)가 메인치(121)와 상이한 형상을 가지고, 메인치(121)가 보조치(122)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지고, 메인치(121)에만 권선 코일(130)이 권선되도록 구현함으로써 한정된 슬롯(123) 공간상에 더 많은 권선 코일(130)을 권선할 수 있어 점적률을 높일 수 있다. 또한, 보조치(122)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지는 메인치(121)로 더 많은 자속(Magnetic Flux)이 통과하므로, 전동기의 출력을 증대시킬 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 회전자에 구비된 영구자석에 의한 자기력선을 예시한 도면이다. 도 5 는 본 발명에 따른 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기의 자속 밀도의 분포를 예시한 도면이다.
도 4 및 도 5 에 도시한 바와 같이, 보조치(122)의 단면적 보다 큰 단면적을 가지는 메인치(121)로 많은 자속(Magnetic Flux)이 통과하고, 보조치(122)로는 비교적 적은 자속이 통과하고 있음을 볼 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 메인치(121)와, 메인치들간에 결합되는 분리 타입 보조치(122)로 전동기의 고정자(120)를 구현하고, 메인치와 보조치의 최적 설계를 통해 점적률을 높임으로써 자동 권선이 용이하여 제작 단가 및 제작 시간을 감소시킬 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 전동기의 치-슬롯 구조와 관련된 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 전동기
110 : 회전자
111 : 영구자석
120 : 고정자
121 : 메인치
122 : 보조치
123 : 슬롯
124a, 124b : 결합홈
125 : 고정부재
130 : 권선 코일

Claims (5)

  1. m개의 영구자석을 구비하여, m개의 극(Pole)이 형성되는 회전자(Rotor)와;
    n개의 메인치(Main Teeth)와, n개의 메인치들간에 결합되는 n개의 분리 타입 보조치(Auxiliary Teeth)를 구비하여, 2n개의 슬롯(Slot)이 형성되는 고정자(Stator)와;
    고정자에 권선되는 권선 코일(Winding Coil)을;
    포함하는 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    보조치가:
    메인치와 상이한 형상을 가지는 이형의 보조치인 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    권선 코일이:
    n개의 메인치에만 권선되는 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    메인치가:
    보조치의 단면적 보다 큰 단면적을 가지는 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    분리 타입의 보조치를 구비한 전동기는:
    보조치의 단면적 보다 큰 단면적을 가지는 메인치로 더 많은 자속(Magnetic Flux)이 통과하는 분리 타입의 보조치를 구비한 전동기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150027713A (ko) 2013-09-04 2015-03-12 산요 덴키 가부시키가이샤 3상 전자 모터

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