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KR101012251B1 - 영구자석 회전자 모터 - Google Patents

영구자석 회전자 모터 Download PDF

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KR101012251B1
KR101012251B1 KR1020080088453A KR20080088453A KR101012251B1 KR 101012251 B1 KR101012251 B1 KR 101012251B1 KR 1020080088453 A KR1020080088453 A KR 1020080088453A KR 20080088453 A KR20080088453 A KR 20080088453A KR 101012251 B1 KR101012251 B1 KR 101012251B1
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rotor
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rotor core
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김한기
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 원통형의 강판이 적층되어 형성된 회전자 코어;상기 회전자 코어에 원주방향을 따라 형성된 복수개의 슬롯을 구비하고, 슬롯에 삽입되는 복수개의 영구자석; 그리고 영구자석을 상하 방향으로 지지하여 마그네트의 일탈을 방지하는 상부사출부 및 하부사출물; 을 포함하며, 상부 및 하부사출물 중 하나 이상은 블레이드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터가 제공된다.
회전자 코어, 고정자, 사출물, 블레이드

Description

영구자석 회전자 모터{PERMANENT MARGNET ROTOR-TYPE MOTOR}
본 발명은 영구자석 회전자 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자에 구비되어 영구자석을 지지하는 사출물이 블레이드 형상인 영구자석 회전자 모터에 관한 것이다.
일반적으로 영구자석 회전자 모터의 대표적인 예로 BLDC 모터(Brushless DC motor)와 스위치드 릴럭턴스 모터가 있다. 상기 BLDC 모터는 전자적으로 전류의 흐름 방향을 바꿔 자기장의 방향을 바꿈으로 하여 영구자석 회전자가 회전하게 된다. 그리고 상기 스위치드 릴럭턴스 모터는 고정자에 각 상의 교류 전압을 가하고, 회전자의 영구자석과 고정자에 설치된 각 상의 코일에 흐르는 통전 전류를 단속함으로써 발생하는 자기장의 릴럭턴스의 변화에 의해서 영구자석 회전자가 회전하게 된다. 이러한 BLDC 모터는 회전 속도 및 회전 방향을 제어가 용이한 가변속 모터로서 가전기기 등의 구동장치에 많이 사용된다.
보다 구체적으로, 상기 BLDC모터는 계자를 형성하고 토크를 외부로 전달하기 위한 회전자, 상기 계자와의 상호작용에 의해서 회전 자계가 발생하도록 하여 토크를 발생시키는 고정자 코일이 권선됨과 동시에 자로를 형성하는 고정자, 그리고 상 기 회전자의 회전 위치를 검출하기 위한 위치검출장치를 포함한다.
도 1은 종래의 영구자석 회전자 모터에 있어서 영구자석 회전자를 도시한 도면이다. 회전자는 얇은 규소강판으로 이루어진 라미네이션(2)을 적층하여 회전자 코어(3)를 형성한다. 회전자 코어(3)의 중심에는 회전축과 연결하기 위한 관통홀(4)이 형성되며, 회전축은 관통홀(4)에 압입되어 회전자와 일체로 회전하게 된다.
한편, 상기 관통홀의 주위에는 라미네이션을 적층 시키기 위한 리벳 용접부 또는 각각의 라미네이션을 고정시켜 체결하기 위한 체결공(5)이 형성된다. 회전자 코어(3)의 원주방향을 따라 영구자석(9)이 삽입되기 위한 복수개의 매입슬롯(6)이 형성되며, 매입슬롯의 개수는 영구자석 회전자 모터의 자극 수와 동일하게 된다. 또한, 매입슬롯(6)은 각 자극당한 세트로 이루어질 수 있고, 한 세트의 매입슬롯(9)은 내측 매입슬롯(7)과 외측 매입슬롯(8)으로 형성된다.
도 1에 도시된 매입슬롯(6)의 형상은 원호 형태로 형성되어 있어 영구자석을 삽입하기에 어려운 점이 있다. 또한, 내측 매입슬롯(7)과 외측 매입슬롯(8)에 영구자석(9)을 삽입시 영구자석의 모양 및 크기가 각각 달라지기 때문에 영구자석의 제조에 있어서 재료비의 상승의 문제점이 있다.
도 2는 일반적인 영구자석 회전자 모터(10)의 외관을 도시한 도면이다. 영구자석 회전자 모터의 케이싱은 상부체(11)와 하부체(12)로 나누어지며, 각각은 일단이 막힌 원통형상이다. 또한, 회전축(15)이 상부체 폐단면의 중앙에서 외부로 돌출되어 있으며, 회전축(15)을 지지하기 위하여 상부체의 폐단면 중앙 외측부에 베어 링(16)이 형성되어 있다. 하부체(12)는 하단이 막힌 원통형상이며 제품에 취부되기 위한 결합부(13)가 복수개 원주방향으로 형성되어 있다. 상부체(11)와 하부체(12)는 볼트(14)등 체결부재에 의해서 결합하여 있다.
상부체(11)의 폐단면의 외측부는 원주방향으로 방열부(20)가 형성되어 있다. 방열부(20)는 다시 함몰면(18)과 냉각리브(19)를 포함한다. 냉각리브(19)는 함몰면(18)에 형성함이 바람직하다. 함몰면(18)에 냉각리브(19)를 형성함으로써 상부체(11)의 높이가 높아지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 모터 내부에서 발생된 열은 방열부(20)인 함몰면(18) 및 냉각리브(19)를 통하여 방열 되게 된다. 이때 함몰면(18)은 폐단면 전체에 형성시킬 수 있으나, 피씨비(미도시)가 상부체(11)와의 절연을 감안하면, 방열부(20)는 피씨비가 위치되는 부분을 포함하는 일정부분에만 형성한다. 이는 모터 내부에 위치하는 피씨비에서 방열부(20)로 전도된 열이 다시 피씨비에 실장 된 전기적 소자들에 전달되는 것을 막기 위함이다.
한편, 방열 효과를 높이기 위하여 피씨비와 방열부(20) 사이에 방열 그리스가 칠해질 수 있다. 방열을 위해서는 열 대류로 인한 방열보다는 열 전도에 의한 방열이 보다 효과적이므로, 직접 상기 방열부(20)에 접촉하는 전력 소자의 접촉부분뿐만 아니라 방열 그리스를 통하여 간접적으로 방열부(20)에 접촉하는 피씨비의 표면적을 높일 수 있다.
그러나 이러한 모터에 있어서 피씨비 뿐만아니라 모터 내부에 위치하는 코어와 코일부분에서 많은 열이 발생하게 된다. 또한, 모터는 한정된 공간에 이러한 발열부품들이 존재하고, 이러한 발열부품들의 발열로 인하여 모터의 효율은 떨어지게 된다. 종래에는 모터의 케이스를 열전도율이 뛰어난 알루미늄 부재로 형성하여 열을 외부로 전달하여 모터를 냉각시켰으나, 이러한 모터의 케이스로는 발열이 심한 고출력 BLDC모터에 있어서는 문제가 있어 왔다.
본 발명은 회전자 코어에 삽입된 영구자석을 고정하기 위한 상부 및 하부사출물의 형상을 블레이드 모양으로 하여, 회전자의 회전시 유동을 형성할 수 있게 된다. 따라서, 모터 내부에서 발생한 열을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 구조의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 원통형의 강판이 적층되어 형성된 회전자 코어; 상기 회전자 코어에 원주방향을 따라 형성된 복수개의 슬롯을 구비하고, 슬롯에 삽입되는 복수개의 영구자석; 그리고, 영구자석을 상하 방향으로 지지하여 마그네트의 일탈을 방지하는 상부사출부 및 하부사출물; 을 포함하며, 상부 및 하부사출물 중 하나 이상은 블레이드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터를 제공한다.
또한, 본 발명은 하부사출물이 회전자 코어에 형성된 사출슬롯을 통해 상부사출물과 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터를 제공한다.
또한, 본 발명은 블레이드 형상의 높이는 5mm 에서 20mm 인 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터를 제공한다.
본 발명이 제공하는 영구자석 회전자 모터는 영구자석을 고정하는 사출물의 상단 및 하단을 블레이드 형상으로 하여 모터의 내부 냉각효과를 극대화할 수 있 다.
또한, 본 발명이 제공하는 영구자석 회전자 모터는 내부냉각효과를 극대화하여, 코어 재질 또는 코일 스펙등의 변경 없이 고출력의 모터를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명이 제공하는 영구자석 회전자 모터는 모터 내부의 냉각효과로 피씨비에서도 손실이 적기 때문에 적은 전류로 동일한 성능을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명이 제공하는 영구자석 회전자 모터는 매립슬롯에 매립된 영구자석이 매립슬롯으로부터 이탈되지 않도록 한다.
또한, 본 발명이 제공하는 영구자석 회전자 모터는 영구자석의 모양을 막대모양으로 통일화시켜 재료비의 절감을 이룰 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 영구자석 회전자 모터의 단면을 나타낸 도면이다.
먼저, 모터는 회전자와 고정자의 전자기적 상호작용에 의해 회전자가 움직이게 된다. 회전자는 영구자석(290)이 매입된 회전자 코어(230)이며, 고정자는 고정자코어, 코일(110), 코일과 코어를 절연하는 인슐레이터(115)를 포함한다. 본 발명은 회전자 코어가 하부체(130)에 위치하고 있으며, 회전자의 회전력을 전달하는 회전축(150)이 회전자 코어(230)의 중앙에 있는 관통홀(240)에 압입되어 끼워져 있다. 또한, 회전자 코어(230)는 규소강판인 라미네이션이 적층되어 형성되며 후술하는 영구자석(290)이 매입되는 복수개의 매입슬롯(260)이 형성된다.
회전축(150)은 회전자 코어(230)를 관통하며 하부체(130) 폐단면 중앙에 위 치한 하부베어링(170) 및 하부베어링(170)과 이격되어 위치하는 회전축 지지대(165)에 의해 지지가 된다. 또한, 상부체의 폐단면의 외측부에 상부베어링(160)이 폐단면의 외측방향으로 단을 지어 형성된다. 따라서, 길게 형성된 회전축(150)의 동심을 잡을 수 있게 되어 회전시 진동 및 소음을 줄일 수 있게 된다. 회전축(150)에는 복수개의 홈(175)을 형성하며, 이 홈에 위치고정링이 끼워지게 된다. 따라서, 회전축(150) 및 회전자의 위치를 고정하며, 회전축(150)이 회전자 코어로부터 탈거 되는 것을 막게된다. 또한, 회전축(150)의 일단에 연결되는 팬의 스토퍼로서 역활도 수행하게 된다.
또한, 회전자 코어(230)의 반경 방향으로 고정자가 위치한다. 고정자는 고정자 코어(135)와 코일(110) 사이에 인슐레이터(115)로 절연되어 형성되어 있다. 고정자는 회전자에 대응하여 위치하며 회전자를 반경 방향에서 감싸게 된다. 고정자는 고정자 코어(230), 고정자 코어의 상하부에 각각 삽입되어 고정자 코일이 권선 되는 인슐레이터(115)를 포함하여 이루어진다.
전기적 패턴 및 각종 소자들을 내장하고 있는 피씨비(미도시)가 모터 내부에 위치하게 되는데 상부체 또는 하부체(120) 어는 곳에도 위치할 수 있다. 고정자의 상부와 연결되어, 고정자 코일(110)과 솔더링되어 연결된다. 피씨비는 전력소자로부터 많은 열이 발생하며, 이러한 열을 효과적으로 방열시키는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서, 피씨비는 보통 방열부(20)가 형성되는 곳에 위치하는 것이 바람직하다. 구체적으로 피씨비의 위치는 방열부(20) 바로 밑에 즉, 고정자 코어에 체결 부재와 결합하여 상부체의 방열부 하측면에 접촉하여 위치하는 것이 바람직하다. 따 라서, 회전자가 회전할 때 브레이드 형상에 의한 유동이 피씨비 전력 소자들의 발열을 냉각시키게 되므로, 구동회로에서 손실을 줄일 수 있게 된다. 결과적으로 적은 전류로 동일한 출력을 낼 수 있게 된다.
회전자와 고정자는 하부체(120)에 위치하게 되며, 하부체(120)는 제품에 취부되기 위한 결합부(125)가 복수개 형성되어 있다. 또한, 상부체와 연결하기 위한 체결홀이 복수개 형성되어 볼트 등에 의해 체결하게 된다. 상부체와 하부체(120)는 다양한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 부식에 강하고 성형이 쉬운 알루미늄으로 형성될 수 있다. 또한, 알루미늄은 열전도성이 좋아 방열부뿐만 아니라 상부체 및 하부체(120)의 표면을 통하여 효과적으로 방열시키는 것이 가능하다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 영구자석 회전자 모터의 회전자를 상세히 나타낸 도면이다.
영구자석 회전자 모터의 회전자는 회전자 코어(230) 및 영구자석(290)으로 이루어져 있다. 회전자 코어(230)는 규소강판인 라미네이션이 적층되며, 중앙에는 회전축(150)이 압입되어 끼워지는 관통홀(240)이 형성된다. 또한, 관통홀(240) 주위에는 회전자 코어(230)의 적층을 위한 리벳 용접부 또는 각각의 라미네이션들을 고정시켜 체결하기 위한 체결공(250)이 형성된다.
또한, 회전자 코어(230)는 원주방향을 따라 복수개의 매입슬롯(260)이 형성된다. 매입슬롯(260)에는 영구자석(290)이 매립된다. 매입슬롯(260)에는 복수개의 세트로 형성되는데, 한 세트에는 내측 매입슬롯(270)과 외측 매입슬롯(280)으로 구성된다.
하나의 매입슬롯(260) 세트는 하나의 자극을 형성하는데, 도 4 및 도 5는 6개의 자극을 형성하기 위하여 매입슬롯(260)이 6개의 세트로 이루어져 있으며, 외측 매립슬롯(280)과 내측 매립슬롯(270)에 구비되는 영구자석(290)들은 각각 서로 독립적인 두개의 폐자로를 형성하게 된다.
외측 매입슬롯(280)에는 영구자석(290)이 하나 삽입되며, 내측 매입슬롯(270)에는 영구자석(290)이 3개 삽입된다. 따라서, 매입슬롯(260)의 형상은 여러 가지 모양이 될 수 있으나 6각형 모양으로 각을 형성하는 것이 바람직하다. 이로 인해 영구자석의 모양도 막대형상으로 통일화시켜 재료비 절감의 효과가 있다.
회전자 코어(230)를 적층하는 라미네이션에는 회전자 코어(230)의 결합을 더욱 견고히 할 수 있는 사출슬롯(235)이 형성될 수 있다. 사출물을 라미네이션의 상부에 사출시 사출슬롯(235)으로 사출물이 흘러 회전자 코어(230)의 결합력을 더욱 증가시키게 된다. 또한, 사출슬롯(235)으로 사출물이 관통하여 후술하는 하부사출물(225)을 형성하게 된다.
회전자 코어(230)의 상부의 상부사출물(220)은 회전자 코어(230) 상부의 슬롯을 모두 덮도록 형성되고, 회전자 코어(230)의 하부에 덮여있는 하부사출물(225)은 하부 슬롯의 일부만을 덮도록 형성된다. 사출물은 회전자 코어(230)와 함께 회전하게 된다. 또한, 사출물의 형상은 여러 가지 모양으로 형성될 수 있으나, 블레이드 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이러한 사출물의 블레이드 형상은 회전자 코어(230)의 회전시 유동을 발생시켜 모터 내부에서 발생한 열을 냉각시킬 수 있다. 블레이드 형상은 일종의 터보 팬의 역할을 수행하게 되므로 블레이드에서 생성된 유동은 상부체와 하부체(120)의 열전도를 도와 냉각효과를 극대화하게 된다. 블레이드 형상의 상부사출물(220) 및 하부사출물(225)은 영구자석 회전자모터의 크기 등을 고려하여 그 높이가 5mm에서 20mm사이가 바람직하다.
상부사출물(220)은 회전자 코어(230)의 상부에서 매입슬롯(260)을 모두 덮도록 형성되고, 사출슬롯(235)도 모두 덮도록 형성된다. 상부사출물(220)은 상부 금형의 형상과 대응된다. 상부사출물(220)을 통해서 영구자석(290)이 회전자 코어(230)의 매입슬롯(260)으로부터 이탈되는 것을 막을 수 있다. 또한, 블레이드 형상의 사출물은 모터 내부에서 유동을 일으켜 피씨비에서 발생하는 열뿐만 아니라 주로 코어(135)와 코일(110) 사이에서 발생하는 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
상부에 형성되는 사출물은 매입슬롯(260)과 매입슬롯에 매입된 영구자석(290) 사이의 간격과 사출슬롯(235)을 관통하여 상기 회전자 코어(230)의 하부로 나온다. 따라서, 상기 간격과 사출슬롯(235)에 의해 채워지는 사출물로 인하여 영구자석(290)이 매입슬롯(260)내에 견고히 고정되며, 라미네이션들도 견고하게 유지된다.
도 5는 본 발명에 따른 영구자석 회전자의 하부를 나타낸 도면이다. 상기한 상부사출물(220)이 매입슬롯(260)에 삽입된 영구자석간의 간격과 사출슬롯(235)을 통해 회전자의 하부로 이동하게 된다. 따라서, 하부 금형을 이용하여 상부사출물(220)과 동일한 블레이드 형상의 사출물을 형성할 수 있다. 블레이드 형상의 하부사출물(225)에 의해 회전자가 회전시 유동을 발생시키게 되어 모터 내부의 냉각 효과를 극대화하게 된다.
전기적 패턴 및 각종 소자들을 내장하고 있는 피씨비(미도시)가 모터 내부에 위치하게 되는데 상부체 또는 하부체(120) 어는 곳에도 위치할 수 있다. 피씨비는 전력소자로부터 많은 열이 발생하며, 이러한 열을 효과적으로 방열시키는 것이 무엇보다 중요하다. 따라서, 피씨비는 보통 방열부가 형성되는 곳에 위치하는 것이 바람직하다. 구체적으로 피씨비의 위치는 방열부 바로 밑에 즉, 고정자 코어에 체결 부재와 결합하여 상부체의 방열부 하측면에 접촉하여 위치하는 것이 바람직하다. 따라서, 회전자의 회전시 브레이드 형상의 유동이 피씨비 전력 소자들의 발열을 냉각시키게 되므로, 구동회로에서 손실을 줄일 수 있게 된다. 결과적으로 적은 전류로 동일한 출력을 낼 수 있게 된다.
또한, 하부사출물(225)은 상부사출물(220)과는 다르게 복수개의 영구자석(290) 각각의 일부만을 덮도록 형성된다. 하부사출물(225)이 영구자석(290) 각2각의 전부를 덮도록 형성되는 경우에는 사출시 영구자석(290)이 매입슬롯(260)에서 이탈될 수 있다. 이 경우 하부 금형 부분은 복수개의 영구자석(290) 각각의 일부분을 지지하게 된다. 따라서 강한 압력으로 사출물(220, 225)이 간격을 통하여 유입되더라도 복수개의 영구자석(290)은 슬롯에서 이탈되지 않게 된다.
본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서, 그러한 변형 예 또는 수정 예들은 본 발명의 특허 청구 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 종래의 영구자석 회전자 모터의 영구자석 회전자를 도시한 도면이다.
도 2는 일반적인 영구자석 회전자 모터를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 영구자석 회전자 모터의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 영구자석 회전자의 상부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 영구자석 회전자의 하부를 도시한 도면이다.

Claims (3)

  1. 원통형의 강판이 적층되어 형성된 회전자 코어;
    상기 회전자 코어에 원주방향을 따라 형성된 복수개의 매입슬롯을 구비하고, 매입슬롯에 삽입되는 복수개의 영구자석; 그리고,
    회전자 코어의 상부 및 하부에서 지지하여, 영구자석의 이탈을 방지하는 상부사출부 및 하부사출물;을 포함하며,
    상부사출물 및 하부사출물 중 하나 이상은 블레이드 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상부사출물 및 하부사출물은 매입슬롯과 매입슬롯에 삽입된 영구자석 사이의 간격 및 회전자 코어에 형성된 사출슬롯을 통해 일체로 연결되어 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    블레이드 형상의 높이는 5mm에서 20mm 인 것을 특징으로 하는 영구자석 회전자 모터.
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