KR20240055920A - 스포크형 회전자 및 모터 - Google Patents

스포크형 회전자 및 모터 Download PDF

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KR20240055920A
KR20240055920A KR1020220135370A KR20220135370A KR20240055920A KR 20240055920 A KR20240055920 A KR 20240055920A KR 1020220135370 A KR1020220135370 A KR 1020220135370A KR 20220135370 A KR20220135370 A KR 20220135370A KR 20240055920 A KR20240055920 A KR 20240055920A
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이기덕
이정종
윤명환
이재광
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한국전자기술연구원
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Abstract

본 발명은 스포크형 회전자 및 모터에 관한 것으로서, 평면이 원형으로 이루어지며, 방사형으로 배치되는 다수 개의 영구자석 삽입공과 중앙부에 형성되는 축결합공을 구비하는 코어; 및 상기 영구자석 삽입공에 삽입되는 영구자석;을 포함하며, 상기 코어는, 상기 영구자석 삽입공을 사이에 두고 방사형으로 배치되는 다수 개의 솔리드부, 및 상기 코어의 외측 테두리 부분에서 인접하는 상기 솔리드부를 연결하는 브릿지를 구비하고, 상기 솔리드부와 상기 브릿지는 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

스포크형 회전자 및 모터{Spoke type rotor and motor}
본 발명은 스포크형 회전자 및 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 누설자속을 최소화하는 것이 가능한 스포크형 회전자 및 모터에 관한 것이다.
모터는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 장치로서, 회전자와 고정자를 구비한다. 회전자는 고정자와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전한다.
자계를 발생시키기 위해 영구자석을 사용하는 영구자석 모터는 표면 부착형 영구자석 모터(surface mounted permanent magnet motor), 매입형 영구자석 모터(interior type permanent magnet motor)로 구분될 수 있다.
스포크형 영구자석 모터(spoke type permanent magnet motor)는 매입형 영구자석 모터의 한 형태로서, 구조적으로 자속 집중도가 높기 때문에 고 토크, 고 출력을 발생시킬 수 있으며, 동일 출력에 대해 모터를 소형화할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1의 (a)에는 일반적인 구조의 스포크형 영구자석을 구비하는 회전자가 도시되어 있다. 스포크형 회전자에서 코어의 중심부에는 영구자석이 위치하는 공간 사이를 연결하는 브릿지와 베이스가 형성되어, 코어를 일체로 형성할 수 있다.
그런데 이러한 브릿지와 베이스를 통해서는 자속이 누설되어 모터의 출력을 저하시키게 된다.
한편, 브릿지와 베이스를 통한 자속 누설을 방지하기 위해 도 1의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 브릿지와 베이스의 두께를 얇게 형성하면 모터의 출력은 크게 향상시킬 수 있지만 회전자의 회전시 발생하는 토크에 의해 브릿지와 베이스가 변형되는 문제가 발생할 수 있다.
KR 10-2005-0035444 A
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 높은 기계적인 강도와 출력을 발휘하는 것이 가능한 스포크형 회전자 및 모터를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 평면이 원형으로 이루어지며, 방사형으로 배치되는 다수 개의 영구자석 삽입공과 중앙부에 형성되는 축결합공을 구비하는 코어; 및 상기 영구자석 삽입공에 삽입되는 영구자석;을 포함하며, 상기 코어는, 상기 영구자석 삽입공을 사이에 두고 방사형으로 배치되는 다수 개의 솔리드부, 및 상기 코어의 외측 테두리 부분에서 인접하는 상기 솔리드부를 연결하는 브릿지를 구비하고, 상기 솔리드부와 상기 브릿지는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스포크형 회전자에 의해 달성된다.
상기 코어는, 상기 솔리드부에서 상기 영구자석을 넘어 상기 축결합공으로 돌출되는 고정돌기를 더 구비할 수 있다.
상기 고정돌기는, 근위단부에서 상기 영구자석의 모서리를 감싸도록 형성될 수 있다.
상기 고정돌기는, 원위단부로 갈수록 폭이 점점 줄어드는 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 스포크형 회전자; 상기 스포크형 회전자를 둘러싸도록 형성되는 고정자; 및 상기 스포크형 회전자의 중심에 결합하는 회전축;을 포함하고, 상기 스포크형 회전자는, 평면이 원형으로 이루어지며, 방사형으로 배치되는 다수 개의 영구자석 삽입공과 중앙부에 형성되는 축결합공을 구비하는 코어; 및 상기 영구자석 삽입공에 삽입되는 영구자석;을 포함하며, 상기 코어는, 상기 영구자석 삽입공을 사이에 두고 방사형으로 배치되는 다수 개의 솔리드부, 및 상기 코어의 외측 테두리 부분에서 인접하는 상기 솔리드부를 연결하는 브릿지를 구비하고, 상기 솔리드부와 상기 브릿지는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터가 제공된다.
상기 코어는, 상기 솔리드부에서 상기 영구자석을 넘어 상기 축결합공으로 돌출되는 고정돌기를 더 구비하고, 상기 회전축의 외주면에는, 상기 고정돌기가 삽입되는 고정홈이 형성될 수 있다.
상기 고정돌기는, 원위단부로 갈수록 폭이 점점 줄어드는 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 의한 모터는, 원통형의 비자성체로서, 외주면에서 상기 스포크형 회전자와 결합하고 내주면에서 상기 회전축과 결합하는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 스포크형 회전자는, 브릿지가 코어의 외측 테두리 부분에 형성되어 기존의 브릿지에 비해 상대적으로 얇게 형성하는 것이 가능하여 브릿지를 통해 자속이 누설되는 것을 저감시키는 것이 가능하고, 결과적으로 모터의 출력을 향상시키는 것이 가능하다.
그리고 고정돌기를 더 구비하는 경우, 모터의 스포크형 회전자와 회전축 사이에서 슬립 현상이 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
도 1은 종래의 스포크형 회전자에 관한 설명도,
도 2는 본 발명에 의한 스포크형 회전자의 단면도,
도 3은 본 발명에 의한 스포크형 회전자의 위치별 자속밀도에 관한 설명도,
도 4는 본 발명에 의한 모터의 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 모터의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.
도 2에는 본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)는 크게, 코어(100)와 영구자석(200)을 포함하여 이루어지며, 코어(100)는 영구자석 삽입공(110), 축결합공(120), 솔리드부(130) 및 브릿지(140)를 구비하고 고정돌기(150)를 더 구비할 수 있다.
코어(100)는 평면 상에서 전체적인 형상이 원형으로 이루어진다. 보다 구체적으로, 코어(100)는 다수 개의 영구자석 삽입공(110), 축결합공(120), 다수 개의 솔리드부(130), 다수 개의 브릿지(140)를 구비한다.
다수 개의 영구자석 삽입공(110)은 코어(100)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치되며, 다수 개의 솔리드부(130)는 마찬가지로 코어(100)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치된다. 영구자석 삽입공(110)은 공간이며, 솔리드부(130)는 코어(100)를 이루는 재료로 채워진 부분이다. 솔리드부(130)는 영구자석 삽입공(110)을 사이에 두고 배치된다. 즉, 영구자석 삽입공(110)과 솔리드부(130)는 서로 교대로 배치된다.
축결합공(120)은 코어(100)의 중앙부에 형성되는 공간으로서, 스포크형 회전자(10)가 모터를 구성할 때 회전축과의 결합을 위한 구성이다.
브릿지(140)는 코어(100)의 외측 테두리 부분에서 인접하는 솔리드부(130)를 연결하는 역할을 한다. 브릿지(140)는 얇은 두께로 형성되며, 솔리드부(130)와 브릿지(140)에 의해 형성되는 코어(100)의 외측 테두리 부분은 원형으로 형성될 수 있다.
솔리드부(130)와 브릿지(140)는 일체로 형성된다. 예를 들어, 코어(100)는 원판형의 부재에서 영구자석 삽입공(110)과 축결합공(120) 부분을 제거함으로써 형성될 수 있다.
코어(100)는 평면 형상이 동일한 얇은 판형의 부재 다수 개가 적층되어 형성될 수 있다.
이처럼 본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)는, 브릿지(140)의 역할을 하는 구성이 코어의 중앙측에 형성되는 기존의 회전자와는 달리 브릿지(140)가 코어(100)의 외측 테두리 부분에 형성되는데, 기존 회전자의 브릿지가 회전자의 회전에 따라 발생하는 토크에 의해 회전축과 회전자 사이의 비틀림 힘을 견디기 위해 두껍게 형성되어야 하였던 것에 비하여 본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)의 브릿지는 토크에 의한 비틀림의 영향이 낮은 곳에 형성되기 때문에 상대적으로 얇게 형성하는 것이 가능하다. 이에 따라, 브릿지(140)를 통해 자속이 누설되는 것을 저감시키는 것이 가능하고, 결과적으로 모터의 출력을 향상시키는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이, 코어(100)는 고정돌기(150)를 더 구비할 수 있다.
고정돌기(150)는 각각의 솔리드부(130)에서 영구자석(200)을 넘어 축결합공(120)으로 돌출되도록 형성된다. 고정돌기(150)들은 축결합공(120)의 테두리 부분에서 등간격으로 이격되어 위치하게 된다.
이러한 고정돌기(150)는 본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)가 모터를 구성할 때 회전축의 외주면에 삽입되는 형태로 회전축과 결합할 수 있다.
이에 따라, 스포크형 회전자(10)와 회전축 사이에서 슬립 현상이 발생하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
참고로, 기존의 회전자는 코어의 중앙측에 형성된 브릿지를 원형의 베이스가 연결하는 형태로 형성되었는데, 이러한 베이스와 모터의 회전축이 결합하였기 때문에 슬립이 발생하는 문제점이 있었다.
고정돌기(150)는 근위단부에서 영구자석(200)의 모서리를 감싸도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 영구자석(200)은 모든 모서리가 코어(100)에 의해 둘러싸여 지지될 수 있으며, 영구자석(200)이 코어(100) 내에 안정적으로 위치할 수 있다.
고정돌기(150)는 근위단부에서의 폭이 영구자석(200)들 사이의 간격보다 크게 형성됨으로써 영구자석(200)의 모서리를 감싸도록 형성될 수 있다.
고정돌기(150)는 원위단부로 갈수록 폭이 점점 줄어드는 형상을 가질 수 있다.
이러한 고정돌기(150)는 스포크형 회전자(10)와 회전축의 결합이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 3의 (a)에는 본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)의 위치별 자속밀도가 도시되어 있고, 도 3의 (b)에는 기존의 일반적인 스포크형 회전자의 위치별 자속밀도가 도시되어 있다.
기존의 스포크형 회전자는 코어(100)의 중앙부에 위치하는 브릿지와 베이스 부분에서 자속밀도가 높은 것을 볼 수 있고, 이러한 브릿지와 베이스를 통해 자속 누설이 발생할 수 있다.
반면, 본 발명에 의한 스포크형 회전자(10)를 보면 코어(100) 외측 테두리 부분에 위치하는 브릿지 부분에서 자속밀도가 높고, 코어(100)의 중앙부에 위치하는 고정돌기(150) 부분에서는 자속밀도가 낮은 것을 볼 수 있다. 이러한 스포크형 회전자(10)에서는 고정돌기(150) 부분에서 자속 누설이 거의 발생하지 않고 브릿지(140) 부분에서 자속 누설이 약간 발생할 수 있지만, 코어(100)의 외측 테두리 부분은 모터를 구성할 때 고정자와 인접하기 때문에 코어(100)의 외측 테두리 부분에 위치하는 브릿지(140) 부분에서 자속 밀도가 높은 것은 고정자와의 상호작용 효과를 높여 모터의 출력을 향상시키는 측면에서 오히려 유리할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 모터(1)에 대해 설명한다. 본 발명에 의한 모터(1)에 대해 설명할 때 본 발명의 스포크형 회전자(10)의 설명시 언급한 사항에 대해서는 자세한 설명을 생략할 수 있다.
도 4에는 본 발명에 의한 모터(1)의 단면도가 도시되어 있다.
본 발명에 의한 모터(1)는 상기한 스포크형 회전자(10), 고정자(20) 및 회전축(30)을 포함하여 이루어진다.
스포크형 회전자(10)는 코어(100)와 다수 개의 영구자석(200)으로 이루어지며, 코어(100)는 다수 개의 영구자석 삽입공(110), 축결합공(120), 다수 개의 솔리드부(130), 다수 개의 브릿지(140)를 구비한다.
고정자(20)는 스포크형 회전자(10)를 둘러싸도록 형성된다. 보다 구체적으로, 고정자(20)는 전체적인 형상이 링 형상으로 이루어질 수 있으며, 방사형으로 배치되는 권선대(21)와 상기 권선대(21)에 권선되는 코일(22)을 구비한다. 권선대(21)의 내측 단부는 스포크형 회전자(10)의 외측 테두리와의 사이에 좁은 틈을 두고 위치한다.
회전축(30)은 스포크형 회전자(10)의 중심, 즉 축결합공(120)에 결합한다.
이러한 모터(1)는 고정자(20)의 각 권선대(21)의 코일(22)에 대한 전류 공급을 제어함으로써 스포크형 회전자(10)를 회전시키고, 스포크형 회전자(10)가 회전하면서 회전축(30)이 함께 회전하여 회전력을 발생시킨다.
그리고 스포크형 회전자(10)에서 회전축(30) 방향으로는 자속 누설이 거의 발생하지 않고 외측 테두리의 브릿지(140)에서 자속밀도가 높아 고정자(20)와의 전자기적 상호 작용 효과가 높으므로, 높은 출력을 얻을 수 있다.
스포크형 회전자(10)의 코어(100)가 고정돌기(150)를 더 구비하는 경우, 회전축(30)의 외주면에는 고정돌기(150)가 삽입되는 고정홈(31)이 형성될 수 있다.
스포크형 회전자(10)와 회전축(30)의 결합시 스포크형 회전자(10)의 고정돌기(150)가 회전축(30)의 고정홈(31)에 삽입될 수 있다.
이에 따라, 모터(1)의 동작시 스포크형 회전자(10)의 고정돌기(150)가 회전축(30)의 고정홈(31)에 걸리어 스포크형 회전자(10)와 회전축(30) 사이에서 슬립 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
고정돌기(150)는 원위단부로 갈수록 폭이 점점 줄어드는 형상을 가지도록 형성되어, 스포크형 회전자(10)와 회전축(30)의 결합이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명에 의한 모터(1)는 커넥터(40)를 더 포함할 수 있다. 도 5에는 커넥터(40)를 구비하는 경우에 있어 본 발명에 의한 모터(1)의 단면도가 도시되어 있다.
커넥터(40)는 비자성체 재질로 이루어지는 원통형의 부재로서, 외주면에서 스포크형 회전자(10)와 결합하고 내주면에서 회전축(30)과 결합할 수 있다. 즉, 스포크형 회전자(10)와 회전축(30)은 커넥터(40)를 통해 결합할 수 있다.
이러한 커넥터(40)는 코어(100)에 고정돌기(150)가 구비되지 않는 경우에도 영구자석(200)에서 코어(100)의 중앙측 모서리를 지지하여, 영구자석(200)이 코어(100)와 안정적으로 결합하도록 할 수 있다. 커넥터(40)는 비자성체로 이루어지기 때문에 이러한 커넥터(40)를 통해서 자속 누설이 발생할 가능성은 없다.
그리고 코어(100)가 평면 형상이 동일한 얇은 판형의 부재 다수 개가 적층되어 형성되는 경우에 커넥터(40)는 각각의 판형 부재를 연결하여 스포크형 회전자(10)와 회전축(30)의 결합이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
1 : 모터
10 : 스포크형 회전자
20 : 고정자
30 : 회전축
31 : 고정홈
40 : 커넥터
100 : 코어
110 : 영구자석 삽입공
120 : 축결합공
130 : 솔리드부
140 : 브릿지
150 : 고정돌기

Claims (8)

  1. 평면이 원형으로 이루어지며, 방사형으로 배치되는 다수 개의 영구자석 삽입공과 중앙부에 형성되는 축결합공을 구비하는 코어; 및
    상기 영구자석 삽입공에 삽입되는 영구자석;을 포함하며,
    상기 코어는,
    상기 영구자석 삽입공을 사이에 두고 방사형으로 배치되는 다수 개의 솔리드부, 및
    상기 코어의 외측 테두리 부분에서 인접하는 상기 솔리드부를 연결하는 브릿지를 구비하고,
    상기 솔리드부와 상기 브릿지는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 스포크형 회전자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어는,
    상기 솔리드부에서 상기 영구자석을 넘어 상기 축결합공으로 돌출되는 고정돌기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 스포크형 회전자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정돌기는,
    근위단부에서 상기 영구자석의 모서리를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스포크형 회전자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고정돌기는,
    원위단부로 갈수록 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 스포크형 회전자.
  5. 스포크형 회전자;
    상기 스포크형 회전자를 둘러싸도록 형성되는 고정자; 및
    상기 스포크형 회전자의 중심에 결합하는 회전축;을 포함하고,
    상기 스포크형 회전자는,
    평면이 원형으로 이루어지며, 방사형으로 배치되는 다수 개의 영구자석 삽입공과 중앙부에 형성되는 축결합공을 구비하는 코어; 및
    상기 영구자석 삽입공에 삽입되는 영구자석;을 포함하며,
    상기 코어는,
    상기 영구자석 삽입공을 사이에 두고 방사형으로 배치되는 다수 개의 솔리드부, 및
    상기 코어의 외측 테두리 부분에서 인접하는 상기 솔리드부를 연결하는 브릿지를 구비하고,
    상기 솔리드부와 상기 브릿지는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코어는, 상기 솔리드부에서 상기 영구자석을 넘어 상기 축결합공으로 돌출되는 고정돌기를 더 구비하고,
    상기 회전축의 외주면에는, 상기 고정돌기가 삽입되는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 고정돌기는,
    원위단부로 갈수록 폭이 점점 줄어드는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  8. 제5항에 있어서,
    원통형의 비자성체로서, 외주면에서 상기 스포크형 회전자와 결합하고 내주면에서 상기 회전축과 결합하는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050035444A (ko) 2003-10-13 2005-04-18 전자부품연구원 자속장벽을 갖는 스포크형 영구자석 전동기의 회전자구조

Patent Citations (1)

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KR20050035444A (ko) 2003-10-13 2005-04-18 전자부품연구원 자속장벽을 갖는 스포크형 영구자석 전동기의 회전자구조

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