WO2009102135A2 - 다단계철을 구비한 모터 - Google Patents

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WO2009102135A2
WO2009102135A2 PCT/KR2009/000619 KR2009000619W WO2009102135A2 WO 2009102135 A2 WO2009102135 A2 WO 2009102135A2 KR 2009000619 W KR2009000619 W KR 2009000619W WO 2009102135 A2 WO2009102135 A2 WO 2009102135A2
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Kye-Jung Park
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Kye-Jung Park
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Definitions

  • the present invention relates to a motor having a multi-phase yoke arranged concentrically, and more specifically, to each magnetic yoke to prevent the magnetic loss on the magnetic force line formed by the main magnet and the main magnet and to supplement the auxiliary magnet for magnetic augmentation. It is related with the provided motor.
  • the present invention may be applied in a hub type in which a shaft is fixed and a housing of the motor rotates, and a housing is fixed and the shaft rotates according to the purpose of use.
  • the conventional motor is composed of a central shaft 1, a stator 5, and a rotor 3.
  • the rotor 3 is composed of the yoke 4 and the permanent magnet 2 fixed to the yoke 4, and is coupled to the central shaft 1 and the bearing 6 so as to be rotatable.
  • Permanent magnet (2) is coupled to the yoke (4) with a different polarity.
  • the stator 5 is formed by winding a coil around the armature core, and is fixedly coupled to the central axis 1.
  • a current is supplied to the coil, a magnetic field is generated in the coil. Therefore, the magnetic field generated in the coil acts on the magnetic field by the permanent magnet 2 to generate the magnetic force, and the rotor 3 rotates about the central axis 1 by the magnetic force.
  • the conventional motor is composed of a permanent magnet and a coil in one stage. Therefore, the conventional motor has to be bulky in order to obtain sufficient power, and when the volume of the motor is small, the torque is small because the magnetomotive force is small. Therefore, the motor using the motor has a problem that it is difficult to lighten the car because it can not produce a sufficient high output with a small volume of the motor.
  • the motor drives the motor by rotating the rotor with a magnetic force acting on the permanent magnet and the coil.
  • a plurality of permanent magnets and coils are arranged along the circumferential direction. In this case, a loss of the magnetic force lines occurred, which reduced the efficiency of the motor. Therefore, the conventional motor has a problem that there is a limit to increase the efficiency.
  • the present invention is to solve the above problems. That is, the present invention is to provide a motor in which the yoke is arranged in multiple stages to produce a powerful output even if the motor is small.
  • the present invention is to provide a motor having a magnetic line separating hole formed with an auxiliary magnet for guiding the magnetic lines to prevent the loss of magnetic lines and to increase the magnetic force to increase the efficiency of the motor.
  • a motor having a multistage yoke includes a rotor and a stator.
  • the rotor includes a plurality of cylindrical yokes, a plurality of main magnets, and a plurality of auxiliary magnets.
  • the yoke is arranged in multiple stages in the radial direction.
  • the plurality of main magnets are fixed to the yoke of the respective stages so that their polarities cross each other in the circumferential direction.
  • the plurality of auxiliary magnets are fixed to the yoke of each stage so that their polarities intersect with the crossed main magnets on the lines of magnetic force formed between the crossed main magnets.
  • the stator includes an armature core and a plurality of armature coils.
  • At least one armature core is disposed to face the yoke of each stage.
  • the armature coil is wound around the armature core so that a plurality of the armature coils face the main magnet of the yoke of each stage in the circumferential direction.
  • the auxiliary magnet guides the lines of magnetic force formed by the main magnets to prevent loss of the lines of magnetic force and enhances the magnetic force.
  • the magnetic field line separating hole is formed between the auxiliary magnets in order to separate the magnetic field lines formed between the magnetic field lines and other adjacent main magnets adjacent to the yoke.
  • the magnetic force line separating hole prevents loss of the magnetic force line.
  • the magnetic field line separating groove is further formed in the yoke in between the intersecting main magnets.
  • the armature core is preferably provided with a magnetic line separating hole for separating magnetic lines formed between adjacent armature coils.
  • the yoke is located between the armature cores of the respective stages, and the main magnet is fixed along the circumferential direction to both the outer circumferential surface and the inner circumferential surface.
  • the main magnet fixed to the yoke of each stage is preferably fixed so that the same polarity is opposed in the radial direction.
  • the magnetic line separating groove is preferably formed from the outer peripheral surface of the yoke to the auxiliary magnet.
  • the motor may further include a rotation shaft located at the rotation center of the rotor.
  • the stator is rotatably coupled to the rotating shaft, and the rotor is fixedly coupled to the rotating shaft. Therefore, the rotor rotates combined with the rotary shaft integrally.
  • the motor may further include a fixed shaft located at the rotation center of the rotor.
  • the stator is fixedly coupled to the fixed shaft, and the rotor is rotatably coupled to the fixed shaft. Therefore, the rotor rotates about the fixed shaft.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a motor according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part shown in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of another embodiment of a motor according to the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of a motor according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional motor.
  • first coil groove 58 third coil groove
  • first armature iron core 80 second armature iron core
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an embodiment of a motor with a multi-stage yoke according to the present invention.
  • the motor according to FIG. 1 includes a rotor 50, a stator 90, and a fixed shaft 95.
  • the rotor 50 includes a first yoke 10, a second yoke 20, main magnets 11, 21, 23, and auxiliary magnets 15, 25, 26.
  • the main magnets 11, 21, 23 include a first main magnet 11, a second main magnet 21, and a third main magnet 23.
  • the auxiliary magnets 15, 25, and 26 include a first auxiliary magnet 15, a second auxiliary magnet 25, and a third auxiliary magnet 26.
  • the first yoke 10 and the second yoke 20 are hollow cylindrical shapes, and the second yoke 20 is disposed inside the first yoke 10. That is, two stages are arranged in the radial direction.
  • the yoke 10 and 20 are arranged in two stages in the radial direction but may be arranged in a plurality of stages according to the embodiment.
  • the first main magnet 11 is fixed to the inner circumferential surface of the first yoke 10 along the circumferential direction. At this time, the first main magnet 11 is spaced at regular intervals, it is fixed so that the N pole and the S pole in the radial direction cross. In other words, if any one 11a of the first main magnets 11 is N-pole in the radial direction and S-pole is outside, the other one 11b adjacent is S-pole and N-pole on the outside.
  • the first auxiliary magnet 15 is fixed to the first yoke 10 along the circumferential direction by being spaced apart from the first main magnet 11 in a radial distance.
  • the first auxiliary magnet 15 is disposed between the first main magnet 11 in the circumferential direction, and is disposed to face opposite polarities to the first main magnet 11. Therefore, the first auxiliary magnets 15 are arranged such that the same poles face each other along the circumferential direction. That is, the first auxiliary magnet 15a positioned between the adjacent first main magnets 11a and 11b is the N pole on the left side and the S pole on the right side in the circumferential direction.
  • the adjacent first auxiliary magnet 15b has an S pole on its left side and an N pole on its right side.
  • a magnetic line separating hole 17 is formed between each of the first auxiliary magnets 15 in the first yoke 10, and a magnetic line separating groove 18 is formed between the first main magnets 11. have.
  • the magnetic force line separating groove 18 is formed from the inner circumferential surface of the first yoke 10 to the first auxiliary magnet 15.
  • the second main magnet 21 is fixed to the outer circumferential surface of the second yoke 20 along the circumferential direction.
  • the third main magnet 23 is fixed to the inner circumferential surface of the second yoke 20 along the circumferential direction.
  • the second main magnet 21 and the third main magnet 23 are fixed in the same manner as the first main magnet 11.
  • the main magnets (11, 21, 23) are arranged so that the same polarity facing each other in the radial direction. That is, since the first main magnet 11a is radially inward with the north pole and the outside is the south pole, the second main magnet 21a has the inside with the south pole and the outside with the north pole and the third main magnet 23a. Is the north pole on the inside and the south pole on the outside.
  • the second auxiliary magnet 25 is fixed in the circumferential direction to the second yoke 20 in a radial distance from the second main magnet 21 at a predetermined distance in the same manner as the first auxiliary magnet 15.
  • the third auxiliary magnet 26 is also fixed to the second yoke 20 in the circumferential direction by being spaced apart from the third main magnet 23 by a predetermined distance in the radial direction in the same manner as the first auxiliary magnet 15.
  • the magnetic line separating hole 27 and the magnetic line separating grooves 28 and 29 are formed in the second yoke 20.
  • the magnetic force line separating hole 27 is formed between the respective auxiliary magnets 25 and 26 in the circumferential direction, and is formed from the second auxiliary magnet 25 to the third auxiliary magnet 26 in the radial direction. That is, the magnetic field line separating hole 27a located between one second auxiliary magnet 25a and another neighboring second auxiliary magnet 25b has a third auxiliary magnet 26a adjacent to the third auxiliary magnet 26a in the radial direction. It is formed so that it may be located to between 26b.
  • Magnetic line separating grooves 28 and 29 are formed on the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the second yoke 20.
  • the magnetic force line separating groove 28 formed on the outer circumferential surface is positioned between the second main magnets 21 and is formed up to a second auxiliary magnet 25, and the magnetic line separating groove 29 formed on the inner circumferential surface is a third main magnet ( Located between the 23 and is formed up to a third auxiliary magnet (26).
  • the stator 90 includes a first armature iron core 70, a second armature iron core 80, and coils 51, 53, and 81.
  • the coils 51, 53, and 81 include a first coil 51, a second coil 53, and a third coil 81.
  • the first armature iron core 70 and the second armature iron core 80 are hollow cylindrical.
  • the first armature iron core 70 is positioned between the first yoke 10 and the second yoke 20. Therefore, the outer circumferential surface of the first armature iron core 70 faces the inner circumferential surface of the first yoke 10, and the inner circumferential surface faces the outer circumferential surface of the second yoke 20.
  • a plurality of first coil grooves 57 formed in a radial direction are formed on the outer circumferential surface of the first armature iron core 70, and a plurality of radially formed second coil grooves 58 circumferentially on the inner circumferential surface of the first armature core 70. Therefore, a plurality is formed.
  • the coil grooves 57 and 58 are necessary to wind the coil on the outer surface side and the inner surface side of the first armature iron core 70.
  • a plurality of first coils 51 are wound along the first coil groove 57 at the outer surface side of the first armature iron core 70, and the second coil 53 is formed at the inner side of the first armature iron core 70.
  • a plurality of windings are wound along the second coil groove 58.
  • each of the magnetic force line separating holes 55 is located in line with the first coil 51 and the second coil 53 in the radial direction, between the first coil 51 and the second coil 53. It is formed to be located.
  • one magnetic line separating hole 55a is located between the first coil 51a and the second coil 53a.
  • the second armature core 80 is located inside the second yoke 20. Accordingly, the outer surface of the second armature iron core 80 faces the inner surface of the second yoke 20.
  • a third coil groove 87 is formed in the radial direction on the outer circumferential surface of the second armature iron core 80.
  • a plurality of third coils 81 are wound along the third coil grooves 87 on the outer surface of the second armature core 80.
  • the magnetic line separating hole is not formed in the second armature core 80, the magnetic line separating hole may also be formed in the second armature core 80.
  • the magnetic force line separating hole is preferably formed at a position in line with the third coil 81 along the radial direction.
  • the fixed shaft 95 is fixed inside the second armature iron core 80.
  • the stator 90 is fixed to the fixed shaft 95, the rotor 50 is rotatably coupled to the fixed shaft (95). Therefore, when a current is supplied to the coils 51, 53, and 81, magnetic force is generated, and the rotor 50 rotates about the fixed shaft 95.
  • Magnetic field lines flow from the north pole to the south pole.
  • the magnetic circuit of the magnetic field generated in the motor is shown in FIG.
  • the line of magnetic force 101a flowing between one main magnet 11a and another neighboring main magnet 11b flows along the inside of the coil 51a at the N pole of the main magnet 11a and is adjacent to the other main magnet ( Flows to S pole of 11b).
  • the magnetic force line 101a flows from the N pole of the main magnet 11b to the S pole of the main magnet 11a.
  • the auxiliary magnet 15a is positioned on the magnetic force line 101a formed by the main magnets 11a and 11b between the main magnets 11a and 11b, and is opposite to the main magnets 11a and 11b. It is arranged to face with polarity. Therefore, the magnetic force line 101a is formed from the N pole of the main magnet 11b to the S pole of the neighboring main magnet 11a.
  • the auxiliary magnet 15b helps the magnetic force line 101b to be formed between the main magnet 11b and the neighboring main magnet 11c. The same applies to the remaining auxiliary magnets. Therefore, the auxiliary magnet prevents loss of magnetic force lines and enhances magnetic force.
  • the magnetic force line 101a formed between the main magnets 11a and 11b flows inside the coil 51a and the magnetic force line 101b formed between the main magnets 11b and 11c.
  • the double magnetic field lines 101a must pass through the main magnet 11b and then flow out to the main magnet 11a located on the left side in the circumferential direction, and the other magnetic field lines 101b pass through the main magnet 11b, The magnet 11c must flow out. Therefore, the magnetic force lines 101a and 101b should branch to both sides after passing through the main magnet 11b.
  • Magnetic force line separating holes 17b located in the auxiliary magnets 15a and 15b help the magnetic force lines 101a and 101b branch.
  • the magnetic force line separating hole 55b helps the magnetic force lines 101a, 101b, 103a, and 103b branch. The same is true for the remaining magnetic field separation holes. Therefore, the magnetic line separating hole prevents the loss of the magnetic line.
  • the magnetic force line separating groove 18a prevents the magnetic force lines from flowing directly from the main magnet 11b to the main magnet 11c and passes through the auxiliary magnet 15 from the main magnet 11b to the main magnet 11c to the main magnet 11c. Helps to flow. The same is true for other magnetic line separation grooves.
  • main magnets 11a, 21a, 23a located in a straight line along the radial direction it is important for the main magnets 11a, 21a, 23a located in a straight line along the radial direction to face the same poles. This is because when the opposite polarities face each other, for example, when the main magnet 21a has the N pole inside and the S pole outside, the magnetic force lines flow from the main magnet 11a along the inside main magnets 21a, 23a.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of another embodiment of a motor with a multi-stage yoke according to the present invention.
  • FIG. 3 is similar to the embodiment shown in FIG. 1 and its difference will be described.
  • the rotor 150 of the embodiment shown in FIG. 3 further includes a third yoke 130 in addition to the first yoke and the second yoke.
  • the third yoke 130 is disposed inside the second yoke 120 and has a magnetic line separating hole and a magnetic line separating groove.
  • the main magnet and the auxiliary magnet are also fixed to the third yoke 130.
  • the second armature iron core 180 of the stator 190 has a coil groove formed on the inner circumferential surface thereof, and the coil is wound.
  • magnetic line separation holes are formed in the second armature core 180.
  • the 3 also includes a rotating shaft 195 instead of a fixed shaft.
  • the rotor 150 is fixed to the rotation shaft 195, and the stator 190 is rotatably coupled to the rotation shaft 195. Therefore, when a current is supplied to the coil, the rotating shaft 195 and the rotor 150 rotate.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of yet another embodiment of a motor with a multistage yoke in accordance with the present invention.
  • the auxiliary magnet is installed so as to be located at the same circumference as the magnetic line separating hole spaced apart from the main magnet by a certain distance.
  • an auxiliary magnet is installed adjacent to the main magnet.
  • the coil is omitted in FIG. 4, the remaining components are the same as in the embodiment of FIG. 1.
  • the stator and the rotor have a multi-stage yoke and armature iron core, so that the motor according to the present invention can generate a large torque while having a small volume.
  • the yoke is provided with an auxiliary magnet
  • the yoke and the armature core are provided with a magnetic line separating hole and a magnetic line separating groove, thereby preventing the loss of the magnetic line and increasing the magnetic force to increase the efficiency of the motor.

Landscapes

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Abstract

본 발명은 동심으로 배치된 다단 계철을 구비한 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 각각의 계철에 주 자석과 상기 주 자석에 의하여 형성된 자력선 상에 자력손실을 방지하고 자력증강을 위하여 보조 자석을 구비한 모터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다단 계철을 구비한 모터는 회전자와, 고정자를 포함한다. 상기 회전자는 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 복수의 주 자석과, 복수의 보조 자석을 구비한다. 상기 계철은 반경방향으로 다단 배치된다. 상기 복수의 주 자석은 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 서로 극성이 교차하게 고정된다. 상기 복수의 보조 자석은 상기 교차한 주 자석 사이에 형성된 자력선 상에서 상기 교차한 주 자석과 서로 극성이 교차하게 상기 각 단의 계철에 고정된다. 상기 고정자는 전기자 철심과, 복수의 전기자 코일을 구비한다. 상기 전기자 철심은 상기 각 단의 계철에 대향 하도록 적어도 1개 이상이 배치된다. 상기 전기자 코일은 원주방향으로 복수개가 상기 각 단의 계철의 주 자석에 대향 하도록 상기 전기자 철심에 권선된다.

Description

다단계철을 구비한 모터
본 발명은 동심으로 배치된 다단 계철을 구비한 모터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 각각의 계철에 주 자석과 상기 주 자석에 의하여 형성된 자력선 상에 자력손실을 방지하고 자력증강을 위하여 보조 자석을 구비한 모터에 관한 것이다. 본 발명은 사용 목적에 따라 축이 고정되고 모터의 하우징(Housing)이 회전하는 허브(Hub) 타입과, 하우징이 고정되고 축이 회전하는 형태로 적용될 수 있다.
도 5는 종래의 모터의 개념도이다. 종래의 모터는 중심축(1)과, 고정자(5)와, 회전자(3)로 구성되어 있다. 회전자(3)는 계철(4)과, 상기 계철(4)에 고정된 영구자석(2)으로 구성되며, 회전가능 하도록 중심축(1)과 베어링(6)으로 결합 된다. 영구자석(2)은 계철(4)에 극성을 달리하여 결합 된다.
고정자(5)는 전기자 철심에 코일이 권선 되어 형성되며, 중심축(1)에 고정결합된다. 그리고 상기 코일에 전류가 공급되면 코일에 자기장이 발생 된다. 따라서 상기 코일에 발생된 자기장이 영구자석(2)에 의한 자기장과 작용하여 기자력이 발생 되고, 이 기자력에 의하여 회전자(3)는 중심축(1)을 중심으로 회전한다.
대기오염 문제로 인한 환경의 영향과 화석연료의 고갈로 인하여 전기 모터를 이용한 구동장치가 큰 주목을 받고 있다. 따라서 엔진을 주동력원으로 하고 전기 모터를 보조 동력원으로 이용하는 하이브리드자동차(Hybrid Vehicle) 등이 개발되어 상용화되고 있으며, 더 나아가 전기 모터를 주동력원으로 이용하는 전기자동차가 개발되고 있다. 그래서 갈수록 큰 출력을 낼 수 있는 전기 모터가 요구되고 있다. 또한 1회 충전으로 장거리를 운행하기 위하여 높은 효율을 가진 전기 모터가 요구되고 있다.
그러나 종래의 모터는 영구자석 및 코일이 각각 1단으로 구성되어 있다. 따라서 종래의 모터는 충분한 출력을 얻기 위해서는 부피가 커져야 하며, 모터의 부피가 작을 경우 기자력이 작아서 토크(torque)가 작았다. 그러므로 상기의 모터를 이용한 자동차는 작은 부피의 모터로 충분한 고출력을 낼 수가 없어서 자동차를 경량화시키기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 모터는 영구자석과 코일에 작용하는 자력으로 회전자를 회전시켜서 모터를 구동시킨다. 종래의 모터는 상기 영구자석 및 코일이 원주방향을 따라 복수 개가 배치되어 있었다. 이 경우 자력선의 손실이 발생하여 모터의 효율이 떨어졌다. 따라서 종래의 모터로는 효율을 높이는데 한계가 있다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점 들을 해결하기 위한 것이다. 즉 본 발명은 모터를 소형으로 하더라도 강력한 출력을 내기 위하여 계철이 다단으로 배치된 모터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 자력선의 손실을 방지하고 자력을 증강시켜서 모터의 효율을 높이기 위하여 자력선을 안내하는 보조 자석을 구비하며 자력선 분리구멍이 형성된 모터를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 다단 계철을 구비한 모터는 회전자와, 고정자를 포함한다. 상기 회전자는 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 복수의 주 자석과, 복수의 보조 자석을 구비한다. 상기 계철은 반경방향으로 다단 배치된다. 상기 복수의 주 자석은 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 서로 극성이 교차하게 고정된다. 상기 복수의 보조 자석은 상기 교차한 주 자석 사이에 형성된 자력선 상에서 상기 교차한 주 자석과 서로 극성이 교차하게 상기 각 단의 계철에 고정된다. 상기 고정자는 전기자 철심과, 복수의 전기자 코일을 구비한다. 상기 전기자 철심은 상기 각 단의 계철에 대향 하도록 적어도 1개 이상이 배치된다. 상기 전기자 코일은 원주방향으로 복수개가 상기 각 단의 계철의 주 자석에 대향 하도록 상기 전기자 철심에 권선된다. 상기의 보조 자석은 상기 주 자석에 의하여 형성된 자력선을 안내하여 자력선의 손실을 방지하고 자력을 증강 시킨다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 계철에는 상기 자력선과 이웃한 다른 교차한 주 자석 사이에 형성된 자력선을 분리하기 위하여 상기 보조 자석들의 사이에 자력선 분리구멍이 형성된 것이 바람직하다. 상기의 자력선 분리구멍은 자력선의 손실을 방지한다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 계철에는 상기 교차한 주 자석들 사이에 자력선 분리홈이 더 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 전기자 철심에는 서로 이웃한 전기자 코일 사이에 형성된 자력선을 분리하기 위하여 자력선 분리구멍이 형성된 이 바람직하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 각 단의 전기자 철심의 사이에 위치한 계철은 외주면 및 내주면 모두에 원주방향을 따라 상기 주 자석이 고정된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 각 단의 계철에 고정된 주 자석은 반경방향을 따라 동일한 극성이 대향하도록 고정된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터에 있어서, 상기 자력선 분리홈은 상기 계철의 외주면에서 상기 보조 자석까지 형성된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 모터는 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 고정자는 상기 회전축에 회전가능하게 결합되며, 상기 회전자는 상기 회전축에 고정결합된다. 따라서 상기 회전자는 상기 회전축과 일체로 결합 되어 회전한다.
또한, 상기의 모터는 상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하는 것이 가능하다. 이 경우 상기 고정자는 상기 고정축에 고정결합되며, 상기 회전자는 상기 고정축에 회전가능하게 결합 된다. 따라서 상기 회전자는 상기 고정축을 중심으로 회전을 한다.
도 1은 본 발명에 따른 모터의 일실시예의 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 주요부의 확대 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 모터의 다른 실시예의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 모터의 또 다른 실시예의 단면도,
도 5는 종래의 모터의 단면도이다.
<도면부호의 간단한 설명>
10 : 제1계철 11 : 제1주 자석
15 : 제1보조 자석 17 : 자력선 분리구멍
18 : 자력선 분리홈 20 : 제2계철
21 : 제2주 자석 23 : 제3주 자석
25 : 제2보조 자석 26 : 제3보조 자석
27 : 자력선 분리구멍 28, 29 : 자력선 분리홈
50 : 회전자 51 : 제1코일
53 : 제2코일 55 : 자력선 분리구멍
57 : 제1코일홈 58 : 제3코일홈
70 : 제1전기자 철심 80 : 제2전기자 철심
81 : 제3코일 87 : 제3코일홈
90 : 고정자 95 : 고정축
도 1은 본 발명에 따른 다단 계철을 구비한 모터의 일 실시예의 단면도이다. 도 1에 따른 모터는 회전자(50)와, 고정자(90)와, 고정축(95)을 포함한다.
회전자(50)는 제1계철(10)과, 제2계철(20)과, 주 자석(11, 21, 23)과, 보조 자석(15, 25, 26)을 구비한다. 주 자석(11, 21, 23)은 제1주 자석(11), 제2주 자석(21) 및 제3주 자석(23)을 구비한다. 그리고 보조 자석(15, 25, 26)은 제1보조 자석(15), 제2보조 자석(25) 및 제3보조 자석(26)을 구비한다.
제1계철(10) 및 제2계철(20)은 중공의 원통형이며, 제1계철(10)의 내부에 제2계철(20)이 배치된다. 즉 반경방향으로 2단 배치된다. 본 실시예에서 계철(10, 20)이 반경방향으로 2단 배치되었으나 실시예에 따라 다수의 단으로 배치될 수 있다.
제1주 자석(11)은 제1계철(10)의 내주면에 원주방향을 따라 고정된다. 이때 제1주 자석(11)은 일정한 간격으로 이격되며, 반경방향으로 N극과 S극이 교차하도록 고정된다. 즉 제1주 자석(11) 중 어느 하나(11a)가 반경방향으로 내측이 N극이고 외측이 S극이면, 이웃한 다른 하나(11b)는 내측이 S극이고 외측이 N극이다. 제1보조 자석(15)은 제1주 자석(11)과 반경방향으로 일정한 거리 이격되어 제1계철(10)에 원주방향을 따라 고정된다. 이때 제1보조 자석(15)은 원주방향으로 제1주 자석(11)의 사이에 위치하고, 제1주 자석(11)과 반대의 극성이 마주보도록 배치된다. 따라서 제1보조 자석(15)은 원주방향을 따라 서로 같은 극이 마주보도록 배치된다. 즉 이웃한 제1주 자석(11a, 11b)의 사이에 위치한 제1보조 자석(15a)은 원주방향으로 왼편이 N극이며 오른편이 S극이다. 그리고 이웃한 제1보조 자석(15b)은 왼편이 S극이며 오른편이 N극이다.
그리고 제1계철(10)에는 각각의 제1보조 자석(15)의 사이에 자력선 분리구멍(17)이 형성되어 있으며, 제1주 자석(11)의 사이에 자력선 분리홈(18)이 형성되어 있다. 자력선 분리홈(18)은 제1계철(10)의 내주면에서 제1보조 자석(15)까지 형성된다.
제2주 자석(21)은 제2계철(20)의 외주면에 원주방향을 따라 고정된다. 그리고 제3주 자석(23)은 제2계철(20)의 내주면에 원주방향을 따라 고정된다. 제2주 자석(21) 및 제3주 자석(23)은 제1주 자석(11)과 동일한 방법으로 고정된다. 다만, 이때 주 자석(11, 21, 23)은 반경방향으로 동일한 극성이 서로 마주보도록 배치된다. 즉 제1주 자석(11a)이 반경방향으로 내측이 N극이고, 외측이 S극이므로, 제2주 자석(21a)은 내측이 S극이고 외측이 N극이며, 제3주 자석(23a)은 내측이 N극이고 외측이 S극이다.
제2보조 자석(25)은 제1보조 자석(15)과 동일한 방법으로 제2주 자석(21)과 반경방향으로 일정한 거리 이격되어 제2계철(20)에 원주방향을 따라 고정된다. 그리고 제3보조 자석(26)도 제1보조 자석(15)과 동일한 방법으로 제3주 자석(23)과 반경방향으로 일정한 거리 이격되어 제2계철(20)에 원주방향을 따라 고정된다.
또한, 제2계철(20)에는 자력선 분리구멍(27)과 자력선 분리홈(28, 29)이 형성되어 있다. 자력선 분리구멍(27)은 원주방향을 따라 각각의 보조 자석(25, 26)의 사이에 형성되며, 반경방향을 따라 제2보조 자석(25)에서부터 제3보조 자석(26)까지 형성된다. 즉 어느 한 제2보조 자석(25a)과 이웃한 다른 제2보조 자석(25b)의 사이에 위치한 자력선 분리구멍(27a)은 반경 방향으로 제3보조 자석(26a)과 이웃한 다른 제3보조 자석(26b) 사이까지 위치하도록 형성되어 있다.
자력선 분리홈(28, 29)은 제2계철(20)의 내주면 및 외주면에 형성된다. 상기 외주면에 형성된 자력선 분리홈(28)은 제2주 자석(21)의 사이에 위치하며 제2보조 자석(25)까지 형성되며, 상기 내주면에 형성된 자력선 분리홈(29)은 제3주 자석(23)의 사이에 위치하며 제3보조 자석(26)까지 형성된다.
고정자(90)는 제1전기자 철심(70)과, 제2전기자 철심(80)과, 코일(51, 53, 81)을 구비한다. 그리고 코일(51, 53, 81)은 제1코일(51)과, 제2코일(53)과 제3코일(81)을 구비한다.
제1전기자 철심(70) 및 제2전기자 철심(80)은 중공의 원통형이다.
제1전기자 철심(70)은 제1계철(10)과 제2계철(20)의 사이에 위치한다. 따라서 제1전기자 철심(70)의 외주면은 제1계철(10)의 내주면과 대향하며, 내주면은 제2계철(20)의 외주면과 대향한다. 그리고 제1전기자 철심(70)의 외주면에는 반경방향으로 형성된 제1코일홈(57)이 원주방향을 따라 복수개가 형성되어 있으며, 내주면에는 반경방향으로 형성된 제2코일홈(58)이 원주방향을 따라 복수개가 형성되어 있다. 상기 코일홈(57, 58)은 제1전기자 철심(70)의 외면측 및 내면측에 코일을 감기 위하여 필요하다.
제1코일(51)은 제1전기자 철심(70)의 외면측에서 제1코일홈(57)을 따라 복수개가 권선되며, 제2코일(53)은 제1전기자 철심(70)의 내측면에서 제2코일홈(58)을 따라 복수개가 권선된다.
또한 제1전기자 철심(70)에는 자력선 분리구멍(55)이 원주방향을 따라 복수개가 형성된다. 이때 상기 각각의 자력선 분리구멍(55)은 반경방향으로 제1코일(51) 및 제2코일(53)과 일직선상에 위치하며, 제1코일(51)과 제2코일(53)의 사이에 위치하도록 형성된다. 예를 들면 어느 한 자력선 분리구멍(55a)은 제1코일(51a)과 제2코일(53a)의 사이에 위치한다.
제2전기자 철심(80)은 제2계철(20)의 내부에 위치한다. 따라서 제2전기자 철심(80)의 외면은 제2계철(20)의 내면과 대향한다. 그리고 제2전기자 철심(80)의 외주면에는 제3코일홈(87)이 반경방향으로 형성되어 있다.
제3코일(81)은 제2전기자 철심(80)의 외측면에서 제3코일홈(87)을 따라 복수개가 권선된다.
본 실시예에서는 제2전기자 철심(80)에 자력선 분리구멍이 형성되지 아니하였으나, 실시예에 따라 제2전기자 철심(80)에도 자력선 분리구멍이 형성될 수 있다. 이 경우 자력선 분리구멍은 반경방향을 따라 제3코일(81)과 일직선상의 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
고정축(95)은 제2전기자 철심(80)의 내부에 고정된다. 상기 고정자(90)는 고정축(95)에 고정되며, 상기 회전자(50)는 고정축(95)에 회전 가능하게 결합된다. 따라서 코일(51, 53, 81)에 전류를 공급하면 기자력이 발생하여 회전자(50)는 고정축(95)을 중심으로 회전을 한다.
도 1에 도시된 실시예의 자력선에 대하여 자세히 설명한다.
자기력선은 N극에서 S극으로 흐른다. 코일(51, 53, 81)에 전류를 공급하면 모터에 발생하는 자기장의 자기회로는 도 2와 같다.
어느 한 주 자석(11a)과 이와 이웃한 다른 주 자석(11b) 사이에 흐르는 자기력선(101a)은 상기 주 자석(11a)의 N극에서 코일(51a)의 내부를 따라 흘러서 이웃한 다른 주 자석(11b)의 S극으로 흐른다. 또한, 상기 자기력선(101a)은 상기 주 자석(11b)의 N극에서 상기 주 자석(11a)의 S극으로 흐른다. 이때 보조 자석(15a)은 상기 주 자석(11a, 11b)의 사이에서 상기 주 자석(11a, 11b)이 형성하는 자기력선(101a) 상에 위치하며, 그리고 상기 주 자석(11a, 11b)과 반대의 극성으로 마주 보도록 배치되어 있다. 따라서 주 자석(11b)의 N극에서 이웃한 주 자석(11a)의 S극으로 자기력선(101a)이 형성되는 것을 도와준다. 이와 마찬가지로 보조 자석(15b)은 주 자석(11b)과 이웃한 주 자석(11c)의 사이에서 자기력선(101b)이 형성되는 것을 도와준다. 나머지 보조 자석도 동일하다. 따라서 상기의 보조 자석은 자력선을 손실을 방지하며 자력을 증강 시킨다.
그리고 코일(51a) 내부에는 주 자석(11a, 11b)의 사이에 형성된 자기력선(101a)과 주 자석(11b, 11c)의 사이에 형성된 자기력선(101b)이 흐른다. 이중 자기력선(101a)은 주 자석(11b)을 통과한 후 원주방향으로 왼편에 위치한 주 자석(11a)으로 흘러나가야 하며, 다른 자기력선(101b)은 주 자석(11b)을 통과한 후 오른편에 위치한 주 자석(11c)을 흘러나가야 한다. 따라서 자기력선(101a, 101b)은 주 자석(11b)을 통과한 후 양측으로 분기 되어야 한다. 보조 자석(15a, 15b)에 위치한 자력선 분리구멍(17b)은 상기 자기력선(101a, 101b)이 분기 되는 것을 도와준다. 또한, 자력선 분리구멍(55b)은 자력선(101a, 101b, 103a, 103b)이 분기 되는 것을 도와준다. 나머지 자력선 분리구멍도 동일하다. 따라서 자력선 분리구멍은 자력선의 손실을 방지한다.
자력선 분리홈(18a)은 자력선이 주 자석(11b)에서 직접 주 자석(11c)으로 흐르는 것을 방지하고 주 자석(11b)에서 보조 자석(15)을 통과하여 주 자석(11c)으로 자력선(101b)이 흐르도록 도와준다. 다른 자력선 분리홈도 동일하다.
또한, 반경방향을 따라 일직선상에 위치한 주 자석(11a, 21a, 23a)은 같은 극이 서로 마주보는 것이 중요하다. 서로 반대의 극성이 마주보면, 가령 주 자석(21a)이 내측이 N극이고 외측이 S극이면 자기력선은 주 자석(11a)에서 내부의 주 자석(21a, 23a)을 따라 흐르기 때문이다.
도 3은 본 발명에 따른 다단 계철을 구비한 모터의 다른 실시예의 단면도이다.
도 3에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 유사하며 그 차이점에 대하여 설명한다.
도 3에 도시된 실시예의 회전자(150)는 제1계철 및 제2계철 외에 제3계철(130)을 더 포함한다. 제3계철(130)은 제2계철(120)의 내부에 배치되며, 자력선 분리구멍 및 자력선 분리홈이 형성되어 있다. 그리고 제3계철(130)에도 주 자석 및 보조 자석이 고정된다.
고정자(190)의 제2전기자 철심(180)은 내주면에도 코일홈이 형성되며, 코일이 권선 되어 있다. 그리고 제2전기자 철심(180)에는 자력선 분리구멍이 형성되어 있다.
또한, 도 3에 도시된 실시예는 고정축 대신 회전축(195)을 포함한다. 그리고 회전자(150)는 회전축(195)에 고정되며, 고정자(190)는 회전축(195)에 회전가능하게 결합된다. 따라서 코일에 전류가 공급되면 회전축(195) 및 회전자(150)가 회전을 한다.
도 4는 본 발명에 따른 다단 계철을 구비한 모터의 또 다른 실시예의 단면도이다. 도 1의 실시예에서는 보조 자석이 주 자석으로부터 일정 거리 이격되어 자력선 분리구멍과 동일한 원주 상에 위치하도록 설치되었다. 그러나 도 4에서는 보조 자석이 주 자석에 인접하여 설치되었다. 도 4에서는 코일이 생략되어 있으나, 나머지 구성요소는 도 1의 실시예와 동일하다.
본 발명에 의하면 고정자 및 회전자가 다단으로 구성된 계철 및 전기자 철심을 구비함으로써 본 발명에 따른 모터는 부피는 작으면서 큰 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 계철은 보조 자석을 구비하고, 상기 계철 및 전기자 철심에는 자력선 분리구멍 및 자력선 분리홈이 형성됨으로써 자력선의 손실을 방지하고 자력을 증강시켜서 모터의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (9)

  1. 반경방향으로 다단 배치된 복수의 원통형 계철(Yoke)과, 상기 각 단의 계철에 원주방향으로 서로 극성이 교차하게 고정된 복수의 주 자석과, 상기 교차한 주 자석 사이에 형성된 자력선 상에서 상기 교차한 주 자석과 서로 극성이 교차하게 상기 각 단의 계철에 고정된 복수의 보조 자석을 구비한 회전자와,
    상기 각 단의 계철에 대향 하도록 배치된 전기자 철심과, 상기 각 단의 계철의 주 자석에 대향 하도록 상기 전기자 철심에 권선된 원주방향을 따라 복수의 전기자 코일을 구비한 고정자를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계철에는 상기 자력선과 이웃한 다른 교차한 주 자석 사이에 형성된 자력선을 분리하기 위하여 상기 보조 자석들의 사이에 자력선 분리구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 계철에는 상기 교차한 주 자석들 사이에 자력선 분리홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기자 철심에는 서로 이웃한 전기자 코일 사이에 형성된 자력선을 분리하기 위하여 자력선 분리구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 단의 전기자 철심의 사이에 위치한 계철은 외주면 및 내주면 모두에 원주방향을 따라 상기 주 자석이 고정된 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 각 단의 계철에 고정된 주 자석은 반경방향을 따라 동일한 극성이 대향하도록 고정된 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자력선 분리홈은 상기 계철의 외주면에서 상기 보조 자석까지 형성된 것을 특징을 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 중심에 위치한 회전축을 더 포함하며,
    상기 고정자는 상기 회전축에 회전가능하게 결합되며,
    상기 회전자는 상기 회전축에 고정결합된 것을 특징으로 하는 다단 계철을 구비한 모터.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전자의 회전 중심에 위치한 고정축을 더 포함하며,
    상기 고정자는 상기 고정축에 고정결합되며,
    상기 회전자는 상기 고정축에 회전가능하게 결합된 것을 특징으로 하는다단 계철을 구비한 모터.
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