KR20210064851A - Bldc모터 - Google Patents

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KR20210064851A
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조진우
강원수
김지민
조기연
한진우
황웅
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삼성전자주식회사
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Abstract

BLDC모터가 개시된다. BLDC모터는 축부 및 중심에 상기 축부가 결합된 원통형의 영구자석을 포함하며, 상기 축부를 중심으로 회전가능하게 지지되는 회전자 및 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒)를 가지며, 상기 회전자를 둘러싸는 환형의 고정자를 포함한다. 상기 영구자석은, 상기 회전자의 회전에 따른 원심 응력을 감소시키기 위하여, 양단부에, 상기 양단부 이외의 축방향 단위 길이당 질량 또는 체적보다 작은 질량 또는 체적을 갖도록 마련된 형상(shape)의 응력경감부(stress reducing portion)를 포함한다.

Description

BLDC모터{Brushless Direct Current Motor}
본 발명은 BLDC모터, 더욱 상세하게는 고속으로 회전하는 청소기용 BLDC모터의 원통형 영구자석의 개선에 관한 것이다.
최근, 사용의 편리성에 따라 고성능 무선청소기가 널리 보급되고 있다. 무선청소기는 수명이 길고, 소형화가 가능하고, 고속 회전이 가능한 BLDC모터가 사용되고 있다.
BLDC모터는 회전축에 원통형 자석이 결합된 회전자와, 영구자석의 외주면에 공극을 두고 마련된 요크에 코일이 감긴 고정자를 포함하고 있다. BLDC모터에 사용되는 원통형 영구자석은 고속 회전에 따른 과도한 원심 응력으로 인해 파괴되어 비산할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 영구자석은 외주면에 가볍고 강한 카본튜브로 보강될 수 있다. 영구자석의 외주면을 카본튜브로 보강하는 것은 공정도 복잡하고 까다로울 뿐만 아니라 BLDC모터 가격의 큰 부분을 차지할 정도로 비용이 많이 든다.
따라서, 무선청소기용 BLDC모터는 고속으로 회전하면서도 영구자석의 파괴와 비산을 방지할 수 있고, 무게와 제조비용을 줄일 수 있는 설계가 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 고속회전이 가능하면서도 영구자석의 파괴와 비산을 방지할 수 있는 저비용의 BLDC모터를 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따른 BLDC모터가 제공된다. BLDC모터는, 축부 및 중심에 상기 축부가 결합된 원통형의 영구자석을 포함하며, 상기 축부를 중심으로 회전가능하게 지지되는 회전자, 및 전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒)를 가지며, 상기 회전자를 둘러싸는 환형의 고정자를 포함한다. 상기 영구자석은, 상기 회전자의 회전에 따른 원심 응력을 감소시키기 위하여, 양단부에, 상기 양단부 이외의 축방향 단위 길이당 질량 또는 체적보다 작은 질량 또는 체적을 갖도록 마련된 형상(shape)의 응력경감부(stress reducing portion)를 포함한다.
상기 회전자가 10만rpm 이상의 회전수를 가질 수 있다.
상기 영구자석은 6mm 이상의 직경을 가질 수 있다.
상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께의 1/3이상인 반경 방향 길이를 가질 수 있다.
상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께의 1/3이상인 축방향 길이를 가질 수 있다.
상기 형상은 상기 영구자석의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 경사진 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
상기 테이퍼 형상은 상기 영구자석의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 선형으로 경사질 수 있다.
상기 테이퍼 형상은 상기 영구자석의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 소정의 곡률반경으로 경사질 수 있다.
상기 소정의 곡률반경은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께의 1/3이상인 곡률반경을 가질 수 있다.
상기 소정의 곡률반경은 복합 곡률반경을 포함할 수 있다.
상기 응력경감부의 축방향 일단은 상기 고정자의 축방향 단부를 벗어난 위치에 마련될 수 있다.
상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께보다 작은 제1두께로 일정하게 연장하는 제3형상과, 축방향 단부 측을 향해 경사진 제4형상을 포함할 수 있다.
상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께보다 작은 제1두께로 일정하게 연장하는 제1형상과, 상기 제1두께보다 작은 제2두께로 일정하게 연장하는 제2형상을 포함할 수 있다.
상기 원심 응력의 안전값은, 상기 영구자석의 원심 응력에 대한 안전률 2.0이상일 수 있다.
본 발명에 의한 BLDC모터는 6mm이상 직경의 영구자석을 사용하면서 10만 rpm이상의 회전에도 영구자석의 파괴와 비산을 방지할 수 있다.
본 발명에 의한 BLDC모터는 고성능을 발휘하면서도 무게가 가볍고 2.0 이상의 안전률을 확보할 수 있고, 저비용으로 제작될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 BLDC모터 어셈블리를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 BLDC모터 어셈블리를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 BLDC모터의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 영구자석을 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 2의 영구자석의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 종래의 영구자석에 대한 원심 응력에 따른 응력분포를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 영구자석에 대한 원심 응력에 따른 응력분포를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다.
도 8은 응력경감부의 질량 저감 형상의 크기에 따른 원심 응력 개선비율을 나타낸 그래프이다.
도 9는 회전수 15만rpm에서 질량 저감 형상의 반경방향 제1길이(L1)와 축방향 제2길이(L2)의 비율에 따른 안전율을 나타내는 표이다.
도 10은 회전수 13만rpm에서 질량 저감 형상의 반경방향 제1길이(L1)와 축방향 제2길이(L2)의 비율에 따른 안전율을 나타내는 표이다.
도 11은 영구자석의 직경이 6mm, 12mm인 경우에 회전자의 회전수와 응력의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 모터의 회전자와 고정자를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 영구자석의 단면을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 영구자석의 단면을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 영구자석의 단면을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에서 '상부', '하부', '좌측', '우측', '내측', '외측', '내면', '외면', '전방', '후방' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이에 의해 각 구성요소의 형상이나 위치가 제한되는 것은 아니다.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 BLDC모터(10)는, 무선청소기, 로봇청소기, 유선청소기, 산업용청소기, 압축기, 드라이어, 에어컨, 선풍기, 드론, 전동 킥보드 등에 다양한 전자기기에 적용될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본원 발명의 실시예에 따른 BLDC모터 어셈블리(1)의 구조를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 BLDC모터 어셈블리(1)를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 BLDC모터 어셈블리(1)를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 1및 도 2를 참조하면, BLDC모터 어셈블리(1)는 모터(10), 모터커버(20), 팬(30) 및 팬커버(40)를 포함할 수 있다.
모터(10)는 축부(122)와 축부(122)에 결합된 원통형의 영구자석(124)으로 이루어진 회전자(12) 및 회전자(12)를 둘러싸는 고정자(14)를 포함할 수 있다.
회전자(12)는 다수의 권선코일이 마련된 고정자(14)에 전류를 인가하여 형성된 회전자계와 회전자(12)의 영구자석(124)에 의해 형성된 자계의 상호 작용에 따라 회전될 수 있다.
모터커버(20)는 모터(10)를 회전 가능하게 수용 및 지지할 수 있다. 모터커버(20)는 축부(122)의 일측을 회전가능하게 지지하는 제1모터커버(22)와 축부(122)의 타측을 회전 가능하게 지지하는 제2모터커버(24)를 포함할 수 있다.
제1모터커버(22)는 축부(122)의 일측이 통과하는 제1축공(222), 흡입공기가 통과하도록 개방된 다수의 개구부(224) 및 제2모터커버(24)와의 체결을 위한 제1나사공(226)을 포함할 수 있다.
제1축공(222)에는 제1베어링부싱(52)이 삽입될 수 있다. 제1베어링부싱(52)은 중앙에 축삽입공(522)이 마련될 수 있다. 축부(122)의 일측은 제1베어링부싱(52)의 축삽입공(522)에 삽입되어 회전 가능하게 지지될 수 있다.
제2모터커버(24)는 축부(122)의 타측이 통과하는 제2축공(242), 및 제1모터커버(22)와의 체결을 위한 제2나사공(246)을 포함할 수 있다.
제2축공(242)에는 제2베어링부싱(54)이 삽입될 수 있다. 제2베어링부싱(54)은 중앙에 축삽입공(542)이 마련될 수 있다. 축부(122)의 타측은 제2베어링부싱(54)의 축삽입공(542)에 삽입되어 회전 가능하게 지지될 수 있다.
제1모터커버(22)와 제2모터커버(24)는 제1나사공(226)과 제2나사공(246)에 나사(288)를 체결함으로써 상호 결합될 수 있다.
팬(30)은 축부(122)의 타측을 고정 지지하는 축지지부(32) 및 공기흡입 또는 공기방출을 위한 다수의 날개(34)를 포함할 수 있다.
팬커버(40)는 내부에 팬(30)을 비접촉으로 수용하는 팬수용부(42) 및 공기통과부(44)를 포함할 수 있다. 팬커버(40)는 팬(30)을 수용한 상태에서 제2커버(24)에 결합될 수 있다.
공기통과부(44)는 팬(30)의 회전에 따라 흡입 또는 배출되는 공기가 통과할 수 있다.
도 3은 도 2의 모터(10)를 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 3을 참조하면, 모터(10)는 축부(122)에 결합된 원통형 영구자석(124)을 포함하는 회전자(12)와, 회전자(12)의 영구자석(124)의 외주면에 일정 공극을 두고 마련된 고정자(14)를 포함할 수 있다.
회전자(12)는 회전축을 형성하는 축부(122)와 원통형의 영구자석(124)을 포함할 수 있다. 회전자(12)는 축부(122)를 중심으로 회전 가능하도록 지지될 수 있다.
축부(122)는 원통형 영구자석(124)의 중공부에 접착제 또는 점착제에 의해 견고하게 결합될 수 있다.
영구자석(124)은 원통형으로 축방향 양단부에 고속 회전에 따른 원심 응력에 대응하여 정의된 질량 저감을 위한 형상의 응력경감부(stress reducing portion)(1244)를 포함할 수 있다.
영구자석(124)은 알리코 자석, 페라이트 자석, 네오디움 자석 또는 사마륨 코발트 자석 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
다른 실시예로서, 회전자(12)는 축부(122)와 영구자석(124) 사이에 회전자 코어를 더 포함할 수 있다.
고정자(14)는 고정자요크(stator yoke)(142), 및 코일 어셈블리(144)를 포함할 수 있다.
고정자요크(stator yoke)(142)는 예를 들면 규소강의 철심으로서, 중심에 회전자(12)가 위치하는 회전자삽입부(1422), 코일 어셈블리(144)가 안착되는 예를 들면 6개의 슬롯(1424), 인접하는 슬롯(1424) 사이에 마련된 다수의 치(齒)(1426), 및 치(1426)의 단부에 회전자삽입부(1422)를 향하도록 마련된 다수의 슈(1428)를 포함할 수 있다.
각 슬롯(1424)은 치(1426)에 권선코일(1442)을 감기 위한 공간, 그리고 권선코일(1442)이 위치하는 공간이다.
각 치(1426)에는 권선코일(1442)이 감길 수 있다.
각 슈(1428)는 치(1426)에 감긴 권선코일(1442)이 빠지지 않게 할 수 있다. 각 슈(1428)는 소정 곡률을 가진 아치형상으로 원을 따라 배치되어 회전자삽입부(1422)를 형성할 수 있다.
코일 어셈블리(144)는 다수의 권선코일(1442)과 코일지지부(1444)를 포함할 수 있다.
각 권선코일(1442)은 치(1426)에 다수 회 권선되며, 전원부에서 인가되는 전류에 의한 회전자계를 생성할 수 있다.
코일지지부(1444)는 치(1426)에 감긴 권선코일(1442)이 일정한 형상을 유지할 수 있도록 지지할 수 있다.
고정자(14)에서 발생된 전자계와 회전자(12)의 영구자석(124)의 자계는 상호 작용하여 반발력 또는 흡인력이 발생하고, 그 결과 회전자(12)가 회전할 수 있다.
도 4 및 5는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 회전자(12)의 영구자석(124)를 나타내는 사시도 및 단면도이다.
도 4 및 5를 참조하면, 영구자석(124)은 원통형으로, 중심에 축부(도 3의122)가 삽입 결합되는 중공(1241)을 가진 자석본체(1242), 및 자석본체(1242)의 양단부 측에 마련된 응력경감부(1244)를 포함할 수 있다.
자석본체(1242)는 반경방향으로 질량이 일정하도록 일정한 두께(r)의 원통형상을 가진다.
응력경감부(1244)는 자석본체(1242)의 양단부에 회전에 따른 원심 응력을 감소시키기 위해 자석본체(1242)의 축방향 단위 길이당 질량, 또는 체적보다 작게 감소시킨 형상(12444)을 가질 수 있다.
질량 또는 체적 저감 형상(12444)은 자석본체(1242)의 반경방향 두께(r)의 1/3이상인 반경 방향 길이(L1)를 가질 수 있다. 질량 또는 체적 저감 형상(12444)의 길이(L1)가 자석본체(1242)의 두께(r)와 같아지면 단부면(12442)은 없어질 수 있다.
질량 또는 체적 저감 형상(12444)은 자석본체(1242)의 반경방향 두께(r)의 1/3이상인 축방향 길이(L2)를 가질 수 있다. 질량 또는 체적 저감 형상(12444)의 길이(L2)는 제한이 없으나, 영구자석의 성능 저하를 고려할 때 자석본체(1242)의 두께(r)와 동일한 정도가 적절하다.
질량 또는 체적 저감 형상(12444)은 자석본체(1242)의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 경사진 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
테이퍼 형상은 영구자석(124)의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 선형으로 경사질 수 있다.
다른 실시예로서, 질량 또는 체적 저감 형상(12444)은 자석본체(1242)의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 다단으로 경사진 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
도 6은 관련 기술에 의한 영구자석(124')에 대한 원심 응력에 따른 응력분포를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다. 관련 기술에 의한 영구자석(124')은 축방향을 따라 전체적으로 일정한 2mm의 반경방향 두께를 가진다.
도 6을 참조하면, 종래의 영구자석(124')이 적용된 모터(10)를 15만rpm으로 회전시켰을 때, 응력은 영구자석(124')의 양단부, 특히 중공(1241')에 인접한 단부 모서리에 약 10MPa이상으로 집중됨을 알 수 있다. 이와 같이 집중된 원심 응력은 중공(1241')에 인접한 단부 모서리를 파괴하여 비산시킬 수 있다.
원심 응력은 구심력(F)에 따라 발생한다. 구심력(F)은 영구자석(124)의 축방향 단위 길이당 질량을 m, 반경을 r, 각속도를 ω라 할 때, mrω2로 결정될 수 있다.
결과적으로, 도 6과 같이 원심 응력이 집중되는 양단부 내측의 중공 모서리에 집중되는 원심 응력을 저감시키기 위해서는 질량(m), 반경(r), 각속도(ω)를 감소시킬 필요가 있다. 그러나, 영구자석(124)의 반경(r)과 각속도(ω)를 줄이면 성능이 저하되어 선택할 수 없다. 따라서, 원심 응력이 집중되는 양단부에 질량 또는 체적을 감소시킬 필요가 있다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 영구자석(124)에 대한 원심 응력에 따른 응력분포를 시뮬레이션으로 나타낸 도면이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 영구자석(124)은 자석본체(1242)의 반경방향 두께가 2mm이고, 자석본체(1242)의 양단부에 원심 응력에 기초하여 질량 저감의 형상을 가진 응력경감부(1244)를 포함한다. 이때, 응력경감부(1244)의 질량 저감의 형상은 반경방향 제1길이(L1)와 축방향 제2길이(L2)가 각각 반경방향 두께의 3/4인 1.5mm이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 영구자석(124)이 적용된 모터(10)를 15만rpm으로 회전시켰을 때, 응력은 영구자석(124)의 양단부, 특히 중공(1241)에 인접한 단부 모서리에 8MPa이하로 저감됨을 알 수 있다. 이와 같이 저감된 원심 응력은 종래에 비해 약 20% 이상 저감되었다.
도 8은 응력경감부(1244)의 질량 저감 형상 길이에 따른 원심 응력 개선비율(%)을 나타낸 그래프이다. 여기서, 응력경감부(1244)의 질량 저감 형상(12444)의 길이가 커질수록 응력경감부(1244)의 질량 또는 체적이 감소되는 것을 의미한다.
도 8을 참조하면, 응력경감부(1244)의 질량 저감 형상(12444)의 길이, 즉 반경방향 제1길이(L1) 및 축방향 제2길이(L2)가 영구자석(124)의 자석본체(1242) 두께보다 1/4인 경우에 응력 개선비율은 6%이고, 1/3인 경우에 12%, 1/2인 경우에 21%로 나타났다. 따라서, 응력 개선비율 6%는 영구자석(124)의 파괴 비산을 방지하기에는 다소 부족하므로, 10% 이상의 응력 개선비율을 나타내는 반경방향 제1길이(L1) 및 축방향 제2길이(L2)가 영구자석(124)의 자석본체(1242) 두께보다 1/3 이상으로 형성하는 것이 좋다. 물론, 이와 같은 응력 개선비율은, 영구자석(124)의 종류, 크기, 회전수 등 여러 특성에 따라 다르게 정해질 수 있으나, 구체적으로는, 영구자석을 이용한 모터 혹은 그 모터를 이용한 전자장치를 제품으로 상용화하는 경우, 제품의 소비자의 측면에서 만족될 수 있는 수준을 고려하여 설계 시 정해질 수 있다.
따라서, 제1길이(L1) 또는 제2길이(L2)는 사용되는 범위, 즉 회전rpm 범위, 또는 영구자석(124)의 직경 범위에 따른 안전율 2.0을 확보할 수 있도록 자석본체(1242) 두께에 대한 1/3~1 범위에서 선택될 수 있다. 안전율1.0은 청소기 사용범위의 회전수인 10만 이상에서 파괴되지 않는 정도를 나타낸다. 그러나, 안전율1.0의 영구자석(124)은 다양한 변수 발생에 의해 파괴될 가능성이 존재하므로, 안전율 2.0 이상의 영구자석(124)이 요구된다.
도 9 및 10은 각각 회전수 15만rpm과 13만rpm에서 질량 저감의 형상(12444)의 반경방향 제1길이(L1)와 축방향 제2길이(L2)의 비율에 따른 안전율을 나타내는 표이다.
도 9를 참조하면, 제1길이(L1)와 제2길이(L2)가 0:0인 경우(관련기술), 응력은 18.2MPa, 안전율은 1.10이고, 1.5mm: 1.5mm인 경우(본 발명), 응력은 10.4MPa, 안전율은1.92로, 본 발명의 응력경감부(1244)를 가진 영구자석(124)은 응력과 안전율이 크게 개선됨을 알 수 있다. 15만 rpm의 회전 시에, 제1길이(L1)은 고정하고, 제2길이(L2)를 0.9mm까지 점차 감소시키면, 응력은 커지고 안전율은 작아지는 것으로 나타났다.
도 10을 참조하면, 제1길이(L1)와 제2길이(L2)가 0:0인 경우(관련기술), 응력은 13.67MPa, 안전율은 1.46이고, 1.5mm: 1.5mm인 경우(본 발명), 응력은 7.81MPa, 안전율은2.56으로, 본 발명의 응력경감부(1244)를 가진 영구자석(124)은 응력과 안전율이 도 9에 비해 더 크게 개선됨을 알 수 있다. 13만 rpm의 회전 시에, 제1길이(L1)는 고정하고, 제2길이(L2)를 0.9mm까지 점차 감소시키면, 응력과 안전율이 10MPa 이하, 안전율 2.0이상을 유지하는 것으로 나타났다.
도 11은 영구자석(124)의 직경이 6mm, 12mm인 경우에 회전자(12)의 회전수와 응력의 관계를 나타내는 그래프이다.
청소기 모터의 사용범위인 10만~20rpm에서 영구자석(124)의 직경이 12mm 이상인 경우, 응력은 10MPa를 초과한다. 따라서, 청소기 모터의 사용범위인 10만~20rpm에서 영구자석(124)의 직경이 6~12mm인 경우, 원심 응력의 안전값은 10MPa 이하, 그리고 안전율 2.0 이상을 확보할 필요가 있다.
또한, 사용범위, 즉 회전 rpm범위에 따라 제1길이(L1)와 제2길이(L2)의 비율을 선택할 수 있다.
또한, 사용범위, 즉 회전 rpm범위에 따라 영구자석(124)의 직경은 6~12mm에서 적절하게 선택될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 모터(10)의 회전자(12)와 고정자(14)를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 응력경감부(1244)는 고정자(14)의 축방향 단부를 벗어난 오버행(overhang) 부분에 마련될 수 있다. 물론, 응력경감부(1244)는 오버행(overhang) 부분뿐만 아니라 고정자(14)의 내측에 중첩되게 마련될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 영구자석(124)의 단면을 나타내는 도면이다.
도13을 참조하면, 응력경감부(1244)는 자석본체(2142)의 축방향 단위 길이보다 질량 또는 체적이 감소되는 형상(12444)을 가질 수 있다.
질량 또는 체적 저감 형상(12444)은 자석본체(1242)의 외주면에서 축방향 단부를 향해 소정의 곡률반경(R)으로 경사진 테이퍼 형상을 포함할 수 있다.
곡률 반경(R)은 자석본체(1242)의 반경방향 두께(r)의 1/3이상일 수 있다.
곡률 반경(R)은 복합 곡률을 포함할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 영구자석(124)의 단면을 나타내는 도면이다.
도14를 참조하면, 응력경감부(1244)는 자석본체(2142)의 축방향 단위 길이보다 질량 또는 체적이 감소되는 형상(12444)을 가질 수 있다.
응력경감부(1244)는 반경 방향의 두께가 다른 제1 및 제2응력경감부(1244-1,1244-2)를 포함할 수 있다.
제1응력경감부(1244-1)는 자석본체(1242)의 두께(r)보다 작은 두께(r1)을 갖고 일정하게 연장하는 제1형상(12444-1)할 수 있다.
제2응력경감부(1244-2)는 제1응력경감부(1244-1)의 두께(r1)보다 작은 두께(r2)를 갖고 일정하게 연장하는 제2형상(12444-2)할 수 있다.
여기서, 응력경감부(1244)는 2개의 제1 및 제2응력경감부(1244-1,1244-2)로 개시하였지만 이는 하나의 예로 나타낸 것으로, 3개 이상으로 형성할 수 있다.
도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 영구자석(124)의 단면을 나타내는 도면이다.
도15를 참조하면, 응력경감부(1244)는 자석본체(2142)의 축방향 단위 길이보다 질량 또는 체적이 감소되는 형상(12444)을 가질 수 있다.
응력경감부(1244)는 서로 직경이 다른 제1 및 제2응력경감부(1244-1,1244-2)를 포함할 수 있다.
제1응력경감부(1244-1)는 자석본체(1242)의 외주면에서 축방향을 향해 경사진 제3형상(12444-3)을 포함할 수 있다.
제2응력경감부(1244-2)는 제1응력경감부(1244-1)에서 두께(r2)로 일정하게 연장하는 제4형상(12444-4)을 포함할 수 있다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.
1: BLDC모터 어셈블리
10: 모터
12: 회전자
122: 축부
124: 영구자석
1242: 자석본체
1244: 응력경감부
12442: 단부면
12444: 질량 저감 형상
14: 고정자
142: 고정자 요크
144: 코일 어셈블리
20: 모터커버
22: 제1모터커버
24: 제2모터커버
30: 팬
40: 팬커버

Claims (14)

  1. BLDC모터에 있어서,
    축부 및 중심에 상기 축부가 결합된 원통형의 영구자석을 포함하며, 상기 축부를 중심으로 회전가능하게 지지되는 회전자; 및
    전자계를 형성하기 위하여 코일이 권선된 복수의 치(齒)를 가지며, 상기 회전자를 둘러싸는 환형의 고정자를 포함하며,
    상기 영구자석은,
    상기 회전자의 회전에 따른 원심 응력을 감소시키기 위하여, 양단부에, 상기 양단부 이외의 축방향 단위 길이당 질량 또는 체적보다 작은 질량 또는 체적을 갖도록 마련된 형상(shape)의 응력경감부(stress reducing portion)를 포함하는 BLDC 모터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자가 10만rpm 이상의 회전수를 갖는 BLDC 모터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 영구자석은 6mm 이상의 직경을 갖는 BLDC모터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께의 1/3이상인 반경 방향 길이를 갖는 BLDC모터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께의 1/3이상인 축방향 길이를 갖는 BLDC모터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 형상은 상기 영구자석의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 경사진 테이퍼 형상을 갖는 BLDC모터.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 테이퍼 형상은 상기 영구자석의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 선형으로 경사진 BLDC모터.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 테이퍼 형상은 상기 영구자석의 외주면에서 축방향 단부 측을 향해 소정의 곡률반경으로 경사진 BLDC모터.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 소정의 곡률반경은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께의 1/3이상인 BLDC모터.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 소정의 곡률반경은 복합 곡률반경을 포함하는 BLDC모터.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께보다 작은 제1두께로 일정하게 연장하는 제1형상과, 상기 제1두께보다 작은 제2두께로 일정하게 연장하는 제2형상을 포함하는 BLDC모터.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 형상은 상기 양단부 이외의 영구자석 반경방향 두께보다 작은 제1두께로 일정하게 연장하는 제3형상과, 축방향 단부 측을 향해 경사진 제4형상을 포함하는 BLDC모터.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 응력경감부의 축방향 일단은 상기 고정자의 축방향 단부를 벗어난 위치에 마련되는 BLDC모터.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 원심 응력의 안전값은, 상기 영구자석의 원심 응력에 대한 안전률 2.0이상인 BLDC모터.
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