KR20210055188A

KR20210055188A - 모터

Info

Publication number: KR20210055188A
Application number: KR1020190141364A
Authority: KR
Inventors: 신현재; 김호연; 이재원; 임호빈; 정경훈; 조성국
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-05-17

Abstract

본 발명은 영구자석에 스큐착자를 적용하지 않으면서 자기저항을 감소시켜 모터의 코킹토크를 저감함과 동시에 모터의 성능이 저하되는 것을 방지하고, 더 나아가 자석 제조 및 모터의 조립 공정을 개선할 수 있는 모터에 관한 것으로, 회전자 코어 및 상기 회전자 코어의 내주면에 배치된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자 및 고정자 코어의 둘레방향을 따라 배치된 복수개의 티스와 상기 영구자석과 마주하도록 상기 티스의 끝단에 형성된 폴 슈를 포함하는 고정자를 포함하되, 상기 영구자석은 상기 회전자 코어의 내주면을 따라 연장된 방향으로 N극과 S극이 번갈아가면서 착자되고, 상기 영구자석의 중앙부의 내주면은 일정 곡률을 갖는 곡면 형상으로 형성되며, 상기 영구자석의 양측 단부의 내주면은 상기 중앙부에서 멀어질수록 상기 폴 슈의 외주면과의 거리가 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

모터{Motor}

본 발명은 모터에 관한 것이다.

모터는 전류가 흐르는 자기장속에서 전기에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치로, 전원의 종류, 로터와 스테이터의 위치, 영구자석의 적용여부 등 다양한 기준에 따라 분류할 수 있다. 예컨대, 모터는 전원의 종류에 따라 직류(DC)모터와 교류(AC)모터로 구분하고, 직류모터는 다시 브러시 모터(Brush Motor)와 브러시리스 모터(Brushless Motor)로 구분된다.

모터는 회전자와 고정자의 상대적인 위치에 따라 내전형과 외전형으로 구분할 수 있으며, 도 1에는 외전형 모터의 일예가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 외전형 모터는 회전자 코어(111)의 내주면에 영구자석(112)이 구비된 회전자(110), 및 코일(125)이 권선되는 티스(121)의 선단에 폴 슈(122)가 형성된 고정자(120)를 포함하여 구성된다. 상기한 영구자석(112)이 구비된 모터에 있어서 모터의 코일에 전기를 인가하기 이전에 회전자가 회전시 발생하는 토크의 맥동현상을 코킹토크라 정의하는데, 이러한 토크의 맥동으로 인하여 모터가 진동과 소음에 대해서 가진원을 갖게 되며 결국에는 모터 구동 시스템(예를 들어 쿨링팬)에 모터의 소음을 야기하게 된다.

도 2는 스큐 착자된 영구자석을 평면으로 펼친 상태의 내주면 또는 외주면을 개략적으로 도시한 것이다.

상술한 바와 같은 모터의 코킹토크를 저감하기 위해, 도 2에 도시된 바와 같이 영구자석(112)을 스큐(skew) 착자시켜 사용하고 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 영구자석(112)을 스큐 착자시킬 경우, 모터의 성능이 저감되는 문제점이 있었다.

한국 공개특허공보 제10-2018-0134762호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명에 의한 모터의 목적은 코킹토크 및 자기저항을 감소시키고, 모터의 성능이 저하되는 것을 방지하며, 더 나아가 모터에 사용되는 영구자석의 제조 및 모터의 조립 공정을 개선할 수 있는 모터를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 모터는, 회전자 코어 및 상기 회전자 코어의 내주면에 배치된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자, 및 고정자 코어의 둘레방향을 따라 배치된 복수개의 티스와 상기 영구자석과 마주하도록 상기 티스의 끝단에 형성된 폴 슈를 포함하는 고정자를 포함하되, 상기 영구자석은 상기 회전자 코어의 내주면을 따라 연장된 방향으로 N극과 S극이 번갈아가면서 착자되고, 상기 영구자석의 중앙부의 내주면은 일정 곡률을 갖는 곡면 형상으로 형성되며, 상기 영구자석의 양측 단부의 내주면은 상기 중앙부에서 멀어질수록 상기 폴 슈의 외주면과의 거리가 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 단일의 상기 영구자석은 상기 회전자 코어의 내주면을 따라 연장된 방향으로 하나의 N극과 하나의 S극이 연달아 착자되는 것을 특징으로 한다.

또한, 단일의 상기 영구자석에서 상기 N극과 상기 S극이 변경되는 구간은 3.8~4.2mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석은 총 다섯 개인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석의 양측 단부의 내주면은 평면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석의 양측 단부의 내주면과 상기 영구자석의 양측 단부의 측면이 이루는 각도는 88도 이상 92도 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 영구자석의 높이는 8.12~8.52mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폴 슈는 외측 끝단의 중앙 부분이 소정각도 곡면으로 형성되고, 중앙 부분의 양단은 상기 영구자석과 멀어지는 방향의 평면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전자의 외반경은 69.4~70.4mm이고, 내반경은 62.4~63.4mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정자의 외반경은 61.65~62.65mm인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 모터에 의하면, 영구자석을 다극 착자하고, 영구자석의 형상을 제한해 영구자석에 챔퍼를 형성함으로써, 모터의 코킹토크와 자기저항을 감소시킴과 동시에 모터의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있고, 영구자석 및 폴 슈의 형상을 최적화하여 모터의 성능을 개선시킬 수 있으며, 모터의 제작 및 조립 공정을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 외전형 모터의 단면도.
도 2는 스큐 착자된 영구자석의 평면 개략도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 단면도.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 의한 모터에 포함되는 단일의 영구자석의 사시도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 모터에 자기필름을 겹친 사진.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 부분 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 모터의 부분 확대 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 모터의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 단면을 도시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 모터는 브러시리스 모터(BrushLess DC motor, BLDC motor)이며, 차량의 쿨링팬에 연결되어 쿨링팬을 동작시키는 모터일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 회전자(10)는 회전자 코어(11) 및 회전자 코어(11)의 내주면에 둘레 방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 복수개의 영구자석(12)을 포함할 수 있고, 고정자(20)는 회전자(10)의 내측에 배치되며, 둘레 방향을 따라 서로 이격되도록 배치된 복수개의 티스(21) 및 티스(21)의 외측 끝단에 형성되어 영구자석(120)과 마주보도록 배치된 폴 슈(22)를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 본 실시예에서 영구자석(12)은 총 다섯 개가 사용될 수 있으며, 하나의 영구자석(12)이 회전자코어(11)의 내주면을 점유하는 각도는 69~71도일 수 있다. 본 실시예에서는 도 1에 도시된 종래의 모터에서 사용되는 영구자석의 개수(8개)보다 영구자석의 개수를 적게 사용함으로써, 모터를 제조할 때, 자석의 착화과정과 모터의 조립과정을 보다 간략화 할 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 모터에서 회전자(10)의 외반경은 69.4~70.4mm이고, 내반경은 62.4~63.4mm일 수 있으며, 본 실시예에서 회전자(10)의 외반경은 69.9mm이고, 내반경은 62.9mm일 수 있다. 여기서 회전자의 내반경(10)은 회전축에서 영구자석(12)의 내주면까지의 거리이다. 또한, 본 발명의 일실시예에 의한 모터에서 고정자(20)의 외반경은 61.65~62.65mm일 수 있으며, 도 3에 도시된 본 실시예에서 고정자(20)의 외반경은 62.15mm일 수 있다. 고정자(20)의 외반경은 회전축에서 폴 슈(22)의 외측 끝단까지의 거리이다.

도 4는 도 3에 도시된 영구자석(12) 중 하나만을 도시한 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 단일의 영구자석(12)은 N극과 S극이 각각 하나씩 포함되도록 착자되되, N극과 S극이 영구자석(12)이 회전자 코어(11)의 내주면을 따라 연장된 방향으로 나란히 배치되도록 착자되고, 영구자석(12)에 스큐각(skew angle)이 0도가 되도록 등방형으로 착자될 수 있다. 본 실시예에서 영구자석(12)이 도 4에 도시된 바와 같이 착자되는 이유는, 스큐각을 적용하지 않음으로써 모터의 성능 저하를 방지함과 동시에 코킹토크를 저감시키기 위해서이다. 또한, 본 발명은 단일의 영구자석(12)에 N극과 S극이 각각 하나씩 포함되도록 착자되기 때문에, 자석을 착자시키는 과정에 보다 간략화될 수 있다. 단, 본 발명은 단일의 영구자석(12)에 포함되는 N극과 S극의 개수를 각각 하나씩으로 한정한 것은 아니며, 다수개의 N극과 S극이 서로 번갈가아면서 영구자석(12)이 연장된 방향으로 배치될 수 있다.

도 4에 도시된 영구자석(12)의 N극과 S극 사이에는 극이 변경되는 구간(이하 극 변경 구간)이 형성된다. 극 변경 구간은 영구자석(12)을 착화하는 방식 또는 단일의 영구자석(12)에 포함되는 N극과 S극의 개수에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명에서 극 변경 구간은 3.8~4.2mm일 수 있다.

도 5는 본 실시예의 설계사항에 맞춰 제조된 영구자석에 마그네틱 필름을 통해 확인한 것이다. 영구자석에 마그네틱 필름을 겹쳐 보면 자기장을 육안으로 확인할 수 있으며, 도 5에 도시된 마그네틱 필름의 중앙 흰 부분이 극 변경 구간(B)이다. 본 발명에 의한 모터에서 도 5에 도시된 극 변경 구간(B)의 폭은 3.8~4.2mm일 수 있고, 본 실시예에서 극 변경 구간(B)의 폭은 4mm일 수 있으며, 본 발명은 이러한 극 변경 구간(B)의 폭 제한을 통해 회전자(10)가 회전할 때, 폴 슈(22)가 보다 용이하게 이탈하도록 할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 의한 모터의 일부분을 확대하여 도시한 것이다. 이하 본 발명에 대해 주로 설명한 부분은 영구자석(12)으로, 설명의 편의를 위해 도 3에 도시되었던 회전자 코어(11)는 도 6에서 생략되었다.

본 발명의 제1실시예에 의한 모터는 영구자석(12)의 형상을 제한하여, 영구자석(12)의 일부분이 챔퍼링(chamfering, 모따기)될 수 있다. 본 발명의 영구자석(12)에 챔퍼링된 부분을 챔퍼라고 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 영구자석(12)의 형상을 제한하는 이유는 모터의 코킹토크를 저감시키면서 자기저항을 감소시켜, 모터의 성능저하를 방지하기 위함이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 영구자석(12)의 내주면 중 중앙부분은 곡면으로 형성되며, 내주면 중앙부분의 양측은 평면으로 형성된다. 편의상 영구자석(12)의 내주면 중 중앙 부분의 양측 평면을 제1평면(P1)이라 할 때, 제1평면(P1)은 영구자석(12)의 일측 끝단으로 갈수록 폴 슈(22)에서 멀어지는 방향으로 기울어진 형태일 수 있다. 또한, 제1평면(P1)과 맞닿는 영구자석(12)의 측면을 제2평면(P2)이라고 할 때, 제1평면(P1)과 제2평면(P2) 사이의 각도는 88도 내지 92도일 수 있으며, 본 실시예는 제1평면(P1)과 제2평면(P2) 사이의 각도는 90도로 직각일 수 있다. 이는 제1평면(P1)의 제1연장선(L1)과 제2평면(P2)의 제2연장선(L2)은 서로 직각으로 형성되는 것과 동일하며, 영구자석(12)은 중심선(CL)을 기준으로 좌우가 서로 대칭되도록 형성될 수 있다.

본 실시예에서 제2연장선(L2)은 제1연장선(L1)과 직각을 이루기 때문에, 제2연장선(L2)은 회전자(10)의 회전 중심을 통과하지 않는다. 단일의 영구자석(12)의 양측에 각각 위치한 제2연장선(L2) 사이의 각도인

는 단일의 영구자석(12)이 점유하는 각도인 69~71도보다 작아질 수 있다. 본 발명에서 영구자석(12)의 양측에 각각 위치한 제2연장선(L2) 사이의 각도

는 35~37도가 될 수 있으며, 본 실시예에서

는 36도일 수 있다.

도면에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명에서 영구자석(12)의 높이는 8.12~8.52mm일 수 있으며, 본 실시예에서 영구자석(12)의 높이는 8.32mm일 수 있다. 영구자석(12)의 높이란, 도 6에 도시된 회전자(10)의 회전축 방향이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 모터에서는 영구자석(12)에 챔퍼가 형성될 뿐만 아니라, 폴 슈(22)의 형상 또한 한정되어 챔퍼가 형성될 수 있다. 보다 상세히, 폴 슈(22)의 외측 끝단의 중앙 부분은 소정각도만큼 곡면으로 형성될 수 있다. 도 6을 참조하면, 편의상 폴 슈(22)의 외측 끝단의 중앙 부분의 곡면을 제1곡면(C1)이라 한다. 도 6에는 제1곡면(C1)의 양측 끝단과 회전자(10)의 중앙부분을 연결하는 가상의 선인 제3연장선(L3) 두 개가 도시되어 있으며, 제1곡면(C1)은 두 개의 제3연장선(L3) 사이의 각도만큼 연장 형성될 수 있다. 본 발명에서 제3연장선(L3) 사이의 각도는 3도일 수 있다.

폴 슈(22)의 중앙부분, 즉 제1곡면(C1)의 양단으로는 각각 영구자석(12)과 멀어지는 방향으로 평면이 형성될 수 있다. 제1곡면(C1)의 양단에 각각에 형성된 평면은 제3평면(P3)이라한다. 폴 슈(22)는 영구자석(12)과 마찬가지로 중앙선(CL)을 기준으로 좌우가 대칭이 되도록 형성될 수 있다.

도면에는 도시되어 있지 않지만, 도 6에 도시된 영구자석(12)의 중앙 일부분은 외측을 향해 곡면으로 함몰되도록 형성되어 추가적은 챔퍼를 형성할 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10 : 회전자
11 : 회전자 코어
12 : 영구자석
20 : 고정자
21 : 티스
22 : 폴 슈

Claims

회전자 코어 및 상기 회전자 코어의 내주면에 배치된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자; 및
고정자 코어의 둘레방향을 따라 배치된 복수개의 티스와 상기 영구자석과 마주하도록 상기 티스의 끝단에 형성된 폴 슈를 포함하는 고정자;
를 포함하되,
상기 영구자석은 상기 회전자 코어의 내주면을 따라 연장된 방향으로 N극과 S극이 번갈아가면서 착자되고,
상기 영구자석의 중앙부의 내주면은 일정 곡률을 갖는 곡면 형상으로 형성되며, 상기 영구자석의 양측 단부의 내주면은 상기 중앙부에서 멀어질수록 상기 폴 슈의 외주면과의 거리가 멀어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
단일의 상기 영구자석은 상기 회전자 코어의 내주면을 따라 연장된 방향으로 하나의 N극과 하나의 S극이 연달아 착자되는 것을 특징으로 하는 모터.
제2항에 있어서,
단일의 상기 영구자석에서 상기 N극과 상기 S극이 변경되는 구간은 3.8~4.2mm인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 영구자석은 총 다섯 개인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 영구자석의 양측 단부의 내주면은 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제5항에 있어서,
상기 영구자석의 양측 단부의 내주면과 상기 영구자석의 양측 단부의 측면이 이루는 각도는 88도 이상 92도 이하인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 영구자석의 높이는 8.12~8.52mm인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 폴 슈는 외측 끝단의 중앙 부분이 소정각도 곡면으로 형성되고, 중앙 부분의 양단은 상기 영구자석과 멀어지는 방향의 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 회전자의 외반경은 69.4~70.4mm이고, 내반경은 62.4~63.4mm인 것을 특징으로 하는 모터.
제1항에 있어서,
상기 고정자의 외반경은 61.65~62.65mm인 것을 특징으로 하는 모터.