KR20230071264A - 모터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 장치에 관한 것으로, 로터를 포함하고, 상기 로터는 스포크 형상으로 구성된 복수의 영구자석들, 및 상기 복수의 영구자석들 사이의 내부에 배치되고 내외측 방향으로 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들로 구성된 자속 배리어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터 장치{MOTOR DEVICE}

본 발명은 모터 기술에 관한 것으로, 보다 상세 하게는, 로터(rotor) 내측의 누설자속을 저감하고 유효 자속을 증대할 수 있는 모터 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 회전자(Rotor)에 영구자석이 설치되어서 회전 구동력이 발생하는 모터는 높은 출력밀도와 효율, 속응성 등의 장점으로 인하여 산업계 전반에 널리 쓰이고 있다. 이러한 영구자석 모터는 회전자 코어에 설치되는 영구자석의 결합구조에 따라 회전자 코어의 표면에 부착되는 형태(SPM형)와 회전자 코어의 내부에 삽입되는 형태(IPM형이나 Spoke형)로 구분된다.

도 1은 종래의 스포크(Spoke)형 영구자석 모터의 구조를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 스포크(Spoke)형 모터(10)는 고정자(13)의 내부에 위치하는 회전자(11)의 내부에 다수의 영구자석(15)이 삽입되어 있다. 스포크형 모터는 극당 자속량이 높아지는 구조이다. 여기에서, 화살표는 영구자석(15)에 의해 형성되는 자로를 나타낸다.

스포크형 모터는 영구자석이 회전자 자극의 양쪽에 분할, 세로로 배치되어 자극을 형성하는 구조적 특성으로 인해 자속이 중첩되어 높은 공극자속밀도를 가지며 같은 양의 자석을 사용한 다른 모터들보다 높은 토크를 낼 수 있다.

하지만, 누설 자속의 차단이 불충분하고 영구자석의 자속을 회전자의 외주에 인도하는 가이드부를 가지지 않기 때문에 보다 많은 영구자석의 자속을 회전자의 외주에 인도하는 효과가 작고, 영구자석으로부터 발생하는 자속의 일부인 누설 자속을 차단하지 못하기 때문에 고가의 영구자석의 사용량으로 알맞은 토크 향상을 얻지 못하고 있는 문제점이 있다.

한국 공개특허공보 제10-2017-0116733(2017.10.20)호는 매입형 영구자석 모터에 관한 것으로, 중공과 상기 중공의 둘레에 설치된 복수의 코일을 포함하는 고정자, 및 상기 고정자의 중공에 회전 가능하게 설치되며 내부에 마련된 복수의 영구자석을 포함하는 회전자를 포함하며, 상기 회전자의 상기 복수의 영구자석 각각은 중앙 영구자석, 상기 중앙 영구자석의 양단에서 상기 회전자의 외주면을 향해 경사지게 설치되는 한 쌍의 측면 영구자석 및 상기 중앙 영구자석과 상기 한 쌍의 측면 영구자석 사이에 형성되며 상기 중앙 영구자석의 두께와 동일하거나 더 두꺼운 한 쌍의 배리어를 포함하며, 상기 중앙 영구자석의 두께는 상기 한 쌍의 측면 영구자석의 두께보다 두껍게 형성되는 돌극비가 향상된 매입형 영구자석 모터에 관한 것이다.

한국 공개특허공보 제10-2017-0116733(2017.10.20)호

본 발명의 일 실시예는 영구자석 사이 공극에 삽입되어 자속의 누설을 막는 배리어 형상의 최적화를 통해 유효자속을 증대함으로써 고출력화가 가능한 모터 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예는 로터(rotor) 코어의 내측 연결부로의 누설 자속을 충분하게 차단할 수 있고 영구자석의 자속을 로터의 외주로 유도할 수 있는 모터 장치를 제공하는데 있다.

실시예들 중에서, 본 발명에 따른 모터 장치는 로터를 포함하고, 상기 로터는 스포크 형상으로 구성된 복수의 영구자석들, 및 상기 복수의 영구자석들 사이의 내부에 배치되고 내외측 방향으로 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들로 구성된 자속 배리어를 포함한다.

상기 제1 및 제2 콘벡스들은 서로 형상이 다른 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 콘벡스들 중 외측 방향의 콘벡스의 면적은 상기 제1 및 제2 콘벡스들 중 내측 방향의 콘벡스의 면적보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 콘벡스들의 양측 경계면들은 정점을 가지는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 및 제2 콘벡스들 각각은 정점 없이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 자속 배리어의 내부는 몰딩재로 채워지게 되어 해당 영구자석의 회전에 따른 파손을 방지하는 것을 특징으로 한다.

개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다 거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치는 영구자석 사이 공극에 삽입되어 자속의 누설을 막는 배리어 형상의 최적화를 통해 유효자속을 증대함으로써 고출력화가 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 모터 장치는 로터(rotor) 코어의 내측 연결부로의 누설 자속을 충분하게 차단할 수 있고 영구자석의 자속을 로터의 외주로 유도할 수 있다.

도 1은 종래의 스포크(Spoke)형 영구자석 모터의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 장치의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 있는 스테이터의 구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2에 있는 로터의 구조를 보여주는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 자속 배리어 구조의 다양한 형상을 나타내는 도면이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다 거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 모터 장치의 구조를 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 있는 스테이터의 구조를 보여주는 도면이고, 도 4는 도 2에 있는 로터의 구조를 보여주는 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 모터 장치(100)는 스테이터(110)와 로터(130)를 포함하고, 로터(130)를 스테이터(110)의 내측에 배치한 모터로 구성될 수 있다.

스테이터(110)는 원통형상으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 스테이터(110)는 로터(130)의 회전축을 중심으로 하는 원통형상의 요크(111), 요크(111)의 내주면에서 반경방향 안쪽으로 돌출되고 원주방향을 따라서 등간격으로 배치되는 복수의 치부들(113) 및 복수의 치부들(113) 각각에 권취되는 복수의 권선 코일들(115)을 포함할 수 있다.

로터(130)는 로터 코어(131), 스포크(Spoke) 형상으로 구성된 복수의 영구자석들(133) 및 복수의 영구자석들(133) 사이의 내부에 배치되는 자속 배리어(135)를 포함할 수 있다.

로터 코어(131)는 원통 형상으로서, 로터 코어(131)의 내부에는 원주방향을 따라서 복수의 영구자석들(133)이 등간격으로 삽입된다. 일 실시예에서, 로터 코어(131)는 대략 원통 형상이지만, 그 외주면에 간극(137)이 형성될 수 있다. 여기에서, 간극(137)은 스테이터(110)와 인접하는 복수의 영구자석들(133)의 상단부에 위치하게 된다. 로터 코어(131)의 외주면에는 간극(137)과 원통면이 둘레방향으로 교대로 배치될 수 있다. 간극(137)은 유효 출력을 향상시키기 위한 유효 자속의 증대와 영구자석의 비산을 방지할 수 있다.

복수의 영구자석들(133)은 로터 코어(131)의 내부에 원주방향을 따라서 등간격으로 삽입된 형태로 로터 코어(131)에 고정된다. 일 실시예에서, 복수의 영구자석들(133)은 로터 코어(131)에 10개가 삽입된 형태로 도시하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며 모터 장치(100)의 구조에 따라서 적절하게 변경될 수 있다. 여기에서, 복수의 영구자석들(133) 각각은 로터 코어(131)에 설치된 축방향의 관통공에 삽입되어 고정될 수 있다. 그 결과, 복수의 영구자석들(133)은 반지름 방향 외측단을 로터 코어(131)의 간극(137)에 대향시킨 자세로 방사상에 배치될 수 있다. 복수의 영구자석들(133) 각각은 로터 코어(131)의 반지름 방향 및 축방향과 직교하는 방향으로 자화될 수 있다. 복수의 영구자석들(133)은 원주 방향으로 인접하는 영구자석의 같은 극끼리가 서로 대향하도록 배치될 수 있다.

복수의 영구자석들(133)의 사이의 반경방향 내측에는 로터 코어(131)를 축방향으로 관통하는 자속 배리어(135)가 설치될 수 있다.

자속 배리어(135)는 복수의 영구자석들(133) 사이의 내부에 배치되고 내외측 방향으로 상호 평형변(211,231)을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들(210,230)로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 콘벡스들(210,230)은 서로 형상이 다르게 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 콘벡스들(210,230) 중 외측 방향의 콘벡스(230)의 면적은 내측 방향의 콘벡스(210)의 면적보다 작게 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 콘벡스들(210,230)은 정점 없이 형성될 수 있고, 양측 경계면들은 정점(250)을 가지는 형상으로 형성될 수 있다. 자속 배리어(135)는 정점(250)을 사이에 두고 제1 및 제2 콘벡스들(210,230)을 구성할 수 있다. 제1 콘벡스(210)는 영구자석으로부터 발생하는 자속의 로터 코어(131)의 내측 연결부로의 누설 자속을 차단하는 역할을 할 수 있고, 제2 콘벡스(230)는 영구자석의 자속을 로터의 외주로 유도하는 가이드 역할을 할 수 있다.

자속 배리어(135)는 제1 콘벡스(210)에 의해 해당 영구자석의 자속 발생면인 측면과의 사이에 좁은 간극을 가지고, 제2 콘벡스(230)에 의해 해당 영구자석의 자속을 로터(130)의 외측 방향으로 유도할 수 있다. 자속 배리어(135)는 제1 및 제2 콘벡스들(210,230)의 양측면에 의해 인접하는 양측의 영구자석 사이의 로터(130)의 내측으로의 누설자속을 저감할 수 있고 보다 많은 영구자석의 자속을 로터(130)의 외주로 유도할 수 있다.

자속 배리어(135)의 내부는 몰딩재 등으로 채워지게 되어 해당 영구자석의 회전에 따른 파손을 방지할 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 자속 배리어 구조의 다양한 형상을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 자속 배리어(135)는 내외측 방향으로 정점 없이 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스(convex)들로 구성될 수 있다. 여기에서, 제1 및 제2 콘벡스들은 서로 다른 형상을 가질 수도 있다. 예컨대, 제1 및 제2 콘벡스들은 서로 비대칭 구조를 가질 수 있다.

도 5의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 자속 배리어(135)는 내외측 방향으로 정점 없이 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들로 구성될 수 있으며, (a)와 같이 제1 및 제2 콘벡스들의 면적이 동일하고 서로 대칭 구조를 가지거나 (b)와 같이 제1 및 제2 콘벡스들의 면적이 서로 다른 비대칭 구조를 가질 수 있다.

도 5의 (c) 및 (d)에 도시한 바와 같이, 자속 배리어(135)는 내외측 방향으로 정점 없이 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들로 구성되되 제1 및 제2 콘벡스들의 양측 경계면들에 정점(vertex)을 가지는 형상으로 형성될 수 있으며, (c)와 같이 제1 및 제2 콘벡스들의 면적이 동일하고 서로 대칭 구조를 가지거나 (d)와 같이 제1 및 제2 콘벡스들의 면적이 서로 다른 비대칭 구조를 가질 수 있다.

자속 배리어(135)의 구조는 이에 한정되지 않고 누설 자속을 충분히 차단할 수 있고 영구자석(133)의 자속도 방해하지 않고 로터(130)의 외측으로 유도할 수 있는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

일 실시예에 따른 모터 장치는 스포크 형상으로 구성된 복수의 영구자석들 사이의 내부에 배치되는 자속 배리어를 정점 없이 내외측 방향으로 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들로 구성함으로써 로터 코어의 외주면과 영구자석의 단면과의 간극을 작게 할 수 있으며 누설 자속을 감소할 수 있어 유효 자속을 증대하고 고출력화 할 수 있다.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 모터 장치
110: 스테이터
111: 요크 113: 복수의 치부들
115: 복수의 권선 코일들
130: 로터
131: 로터 코어 133: 복수의 영구자석들
135: 자속 배리어 137: 간극
210,230: 제1 및 제2 콘벡스들
211,231: 평형변
250: 정점

Claims (6)

1. 로터를 포함하고,
   상기 로터는
   스포크 형상으로 구성된 복수의 영구자석들; 및
   상기 복수의 영구자석들 사이의 내부에 배치되고 내외측 방향으로 상호 평형변을 가지는 제1 및 제2 콘벡스들로 구성된 자속 배리어를 포함하는 모터 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콘벡스들은
   서로 형상이 다른 것을 특징으로 하는 모터 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콘벡스들 중 외측 방향의 콘벡스의 면적은
   상기 제1 및 제2 콘벡스들 중 내측 방향의 콘벡스의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 모터 장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콘벡스들의 양측 경계면들은
   정점을 가지는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콘벡스들 각각은
   정점 없이 형성되는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 자속 배리어의 내부는
   몰딩재로 채워지게 되어 해당 영구자석의 회전에 따른 파손을 방지하는 것을 특징으로 하는 모터 장치.
   

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