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KR102077346B1 - 영구자석모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어 - Google Patents

영구자석모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어 Download PDF

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Abstract

영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어는, 영구자석 모터 하우징 내부에 배치되는 것으로, 복수개의 분할코어가 결합하여 환형을 이루는 스테이터 코어에 있어서, 상기 스테이터 코어의 외주면에는 소정간격으로 간격 유지돌기가 형성되어, 상기 스테이터 코어가 상기 하우징에 인입시, 상기 간격 유지돌기가 상기 하우징 내면에 지지되는 것을 특징으로 한다.

Description

영구자석모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어{STATOR CORE FOR REDUCE FRICTION OF PERMANENT MAGNET MOTOR}
본 발명은 영구자석모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 하우징에 배치되는 스테이터 코어와 상기 하우징 사이에 갭을 형성하여 모터의 프릭션 토크(Friction torque)를 저감시킬 수 있는 스테이터 코어에 관한 것이다.
일반적으로 BLAC(brushless AC)모터는 회전자에 영구자석을 사용한다.
이때, 영구자석의 자속은 스테이터 코어 및 하우징 내부에서 교번적으로 변화하게 되고, 이에 따라, 시간적으로 변화하는 자화력(磁化力)에 의해서 발생하는 철심의 전력손실(철손)이 발생하며, 상기 철손은 모터의 프릭션 토크(Friction torque)로 작용할 수 있는 문제점이 발생하였다. 이때, 철손을 저감시키기 위해서는, 자성이 낮은 자성체를 사용하거나, 와전류가 발생하는 부분의 단면적을 감소시키는 방법을 사용할 수 있다.
이에 따라, 모터 하우징에서 발생하는 철손을 저감하여 프릭션 토크를 줄이기 위해서 하우징의 재질을 자성이 낮은 알루미늄으로 사용하여 철손 발생을 저감시키도록 하였으나, 알루미늄은 기존의 하우징 재료로 사용되는 스틸보다 원 재료비가 비싸다는 점에서, 모터 하우징 설계시 원가를 상승시키는 문제점이 발생하였다.
또한, 와전류가 발생하는 부분의 단면적을 감소시키는 방법은 하우징 모터의 형상을 변경하여야 하기 때문에, 모터 제조시 어려움이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 실시예들은, 스테이터 코어의 구조에 돌기를 형성하여 하우징 내부에 철손 발생을 줄여줄 수 있는 영구자석모터의 프릭션 저감시키는 스테이터 코어를 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 영구자석 모터 하우징 내부에 배치되는 것으로, 복수개의 분할코어가 결합하여 환형을 이루는 스테이터 코어에 있어서, 상기 스테이터 코어의 외주면에는 소정간격으로 간격 유지돌기가 형성되어, 상기 스테이터 코어가 상기 하우징에 인입시, 상기 간격 유지돌기가 상기 하우징 내면에 지지되는 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 스테이터 코어는 하우징과 스테이터 코어간 접촉 면적을 감소시킬 수 있다는 점에서, 하우징의 자속밀도를 떨어뜨려 모터의 프릭션 토크를 낮출 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 스테이터 코어는 비용이 큰 알루미늄 재질의 하우징을 사용하지 않고 기존의 스틸을 사용할 수 있다는 점에서, 원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어가 하우징에 장착된 모습을 보여주는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어를 형성하는 분할코어를 보여주는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 간격 유지돌기에 2차 결합돌기 및 2차 삽입홈이 형성된 모습을 보여주는 정면도이다.
도 4는 종래 스틸 하우징, 알루미늄 하우징 및 본 발명에 따른 스틸 하우징에 스테이터 코어가 압입된 상태에서의 자속밀도 분포를 보여주는 이미지이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어(100)가 하우징(200)에 장착된 모습을 보여주는 사시도 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어(100)를 형성하는 분할코어(110)를 보여주는 사시도이다.
설명의 편의를 위해 이하에서는, 복수개의 분할코어(110, 110a, 110b)중 중앙에 배치된 분할코어(110)를 분할코어(110), 분할코어(110) 우측에 배치된 분할코어(110a)를 1차 분할코어(110a) 및 분할코어(110) 좌측에 배치된 분할코어(110b)를 2차 분할코어(110b)로 구분하여 지칭하기로 한다. 또한 제 1분할코어(110a) 및 제 2분할코어(110b)의 구성요소 또한, '1차' 또는 '2차'로 구분하여 지칭하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어(100)는 복수개의 분할코어(110)가 상호 결합되어 환형을 이룰 수 있다. 이때, 분할코어(110)는 코일이 권선될 수 있도록 배치되는 티스(120), 티스(120) 바깥쪽 단부에 양쪽방향으로 돌출 형성되는 베이스부(130) 및 베이스부(120) 양 단에 형성되는 간격 유지돌기(140)를 포함할 수 있다.
티스(120)는 기둥형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 티스(120)는 코일(10)이 권선될 수 있으며, 티스(120)에 권선된 코일(10)이 2차 티스(120a)에 권선된 2차 코일(10a)과 접촉하지 않도록 일정두께를 유지할 수 있다. 예를 들어, 티스(120)는 원기둥 형태로 형성될 수 있으며, 사각기둥 형태로 형성될 수 있다.
한편, 티스(120)의 안쪽 단부에는 소정크기의 폴슈(121)가 형성될 수 있다.
폴슈(121)는 권선된 코일(10)이 분할코어(110) 내측으로 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 티스(120)의 직경보다 소정정도 크게 형성될 수 있다.
구체적으로, 티스(120)는 코일(10)이 권선될 수 있도록 일정 두께의 기둥형태로 형성되는데, 이때 티스(120)는 코일(10)을 지지하는 별도의 지지부재가 없다는 점에서, 티스(120)에 권선된 코일(10)은 분할코어(110) 내측으로 이격될 가능성이 있다. 따라서, 티스(120) 안쪽 단부에는 티스(120)의 직경보다 소정정도 크게 폴슈(121)가 형성될 수 있다.
폴슈(121)는 티스(120)의 말단에서 양측으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 폴슈(121) 상단부 직경은 티스(120)의 직경과 동일하게 형성될 수 있으며, 폴슈(121) 하단부 직경은 티스(120)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴슈(121)는 원뿔 형태로 형성될 수 있으며, 폴슈(121)는 삼각뿔 형태로 형성될 수 있다. 다만, 도 1 및 2에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 폴슈(121)를 원뿔 형태로 도시하고 있다.
베이스부(130)는, 티스(120) 외측으로 코일(10)이 이격되는 것을 방지할 수 있도록 티스(120) 바깥쪽 단부에 형성될 수 있다.
이때, 베이스부(130)는 1차 분할코어(110a) 및 2차 분할코어(110b)와 상호 결합하기 위해 베이스부(130) 일측 절단면에 제 1결합돌기(131)가 형성될 수 있으며, 베이스부(130) 타측 절단면에 제 1삽입홈(132)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 분할코어(110)는 복수개의 분할코어(110, 110a, 110b 등)들과 결합하여 환형을 이루는 스테이터 코어(100)를 형성하게 된다. 이때, 분할코어(110)는 상호 결합 가능하도록 베이스부(130) 일측 절단면에 제 1결합돌기(131)를 형성하고, 베이스부(130) 타측 절단면에 제 1 삽입홈(132)을 배치하게 된다. 따라서, 제 1 결합돌기(131)는 1차 분할코어(110a)에 형성된 1차 제 1 삽입홈(132a)에 삽입되고, 제 1 삽입홈(132)은 2차 분할코어(110b)에 형성된 2차 제 1 결합돌기(131b)를 수용하여 상호 분할코어(110, 110a, 110b)들간의 체결이 가능하도록 할 수 있다.
간격 유지돌기(160)는, 베이스부(130) 양단에 각각 형성될 수 있다.
구체적으로, 간격 유지돌기(160)는 베이스부(130) 우측 끝단에 형성되는우측 간격 유지돌기(140), 베이스부(130) 좌측 끝단에 형성되는 좌측 간격 유지돌기(150)를 포함할 수 있으며, 양 끝단에 바깥쪽 방향으로 소정간격 돌출 형성될 수 있다.
우측 간격 유지돌기(140)는 1차 분할코어(110a)에 형성된 1차 좌측 간격 유지돌기(150a)와 결합할 수 있으며, 좌측 간격 유지돌기(150)는 2차 분할코어(110b)에 형성된 2차 우측 간격 유지돌기(140b)와 결합할 수 있다.
이때, 간격 유지돌기(160)는 스테이터 코어(100)가 하우징(200)에 압입시 스테이터 코어(100)와 하우징(200) 사이에 소정 간격을 유지시켜 갭(S)을 형성할 수 있다.
한편, 간격 유지돌기(140)의 크기는 스테이터 코어(100)의 자속이 하우징(200)쪽으로 전달되지 않는 범위 내에서 자유롭게 가변 가능하다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 간격 유지돌기(160)에 제 2결합돌기(141) 및 제 2삽입홈(151)이 형성된 모습을 보여주는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 우측 간격 유지돌기(140)는 제 2결합돌기(141)가 형성될 수 있으며, 좌측 간격 유지돌기(150)는 제 2삽입홈(151)이 형성될 수 있다.
구체적으로, 우측 간격 유지돌기(140) 일측에는 우측에 인접한 분할코어(110a)에 구비된 좌측 간격 유지돌기(150a)와 상호 결합 가능하도록 제 2결합돌기(141)가 형성될 수 있으며, 좌측 간격 유지돌기(150) 일측에는 좌측에 인접한 분할코어(110b)에 구비된 우측 간격 유지돌기(140b)와 상호 결합하도록 제 2삽입홈(151)이 형성될 수 있다.
이때, 제 2결합돌기(141) 및 제 2삽입홈(151)은 각 분할코어(110, 110a, 110b)를 고정시킬 수 있는 범위 내에서 자유롭게 가변 가능하다. 예를 들면, 제 2결합돌기(141) 및 제 2삽입홈(151)은 돌기가 홈에 수용되도록 하여 고정될 수 있으며, 제 2결합돌기(141) 및 제 2삽입홈(151)은 상호 후크 결합할 수 있다.
다만, 도 3에서는 본 발명의 이해를 돕기 위해 돌기가 홈에 삽입되는 구조로 도시하고 있다.
도 4는 종래 스틸 하우징(200), 알루미늄 하우징(200) 및 본 발명에 따른 스틸 하우징(200)에 스테이터 코어가 압입된 상태에서의 자속밀도 분포를 보여주는 이미지이다.
설명의 편의를 위해 이하에서는, 종래 스틸 하우징(200), 알루미늄 하우징(200) 및 본 발명에 따른 스틸 하우징(200)의 하우징(200, 도 1 내지 3 참조)을 하우징(200)으로, 종래 스틸 하우징(200)의 스테이터 코어(100), 알루미늄 하우징(200)의 스테이터 코어(100) 및 본 발명에 따른 스틸 하우징(200)의 스테이터 코어(100, 도 1 내지 3 참조)를 스테이터 코어(100)로 지칭하기로 한다.
또한, 하우징(200)에 스테이터 코어(100)가 압입되어 결합한 형태를 모터하우징으로 지칭하고, 종래 스틸 모터하우징을 (a), 알루미늄 모터하우징을 (b) 및 본 발명에 따른 스틸 모터하우징을 (c)로 지칭하기로 한다.
또한, 도 4에 기재되어있는 표는, 종래 스틸 모터하우징(a), 알루미늄 모터하우징(b) 및 본 발명에 따른 스틸 모터하우징(c)의 색상에 따른 자속밀도의 수치를 나타내고 있다.
도 4를 참조하면, 종래 스틸 모터하우징(a)은 하우징(200) 및 스테이터 코어(100)가 상호 접촉하고 있다.
이때, 'P1' 구간에서는, 하우징(200) 및 스테이터 코어(100)의 접촉 면적이 넓어지게 되고, 이에 따라 자속밀도가 높아지게 되며, 상기 자속밀도에 의해 프릭션 토크가 상승할 수 있다.
알루미늄 모터하우징(b)의 'P2' 구간은, 하우징(200) 및 스테이터 코어(100)가 상호 접촉하고 있지만, 알루미늄 모터하우징(b)의 하우징(200)은 알루미늄의 재질로 형성되어 자성을 나타내지 않기 때문에 자속밀도가 종래 스틸 모터하우징(a)보다 낮을 수 있다.
본 발명에 따른 스틸 모터하우징(c)의 'P3' 구간은, 하우징(200) 및 스테이터 코어(100)가 좌측 간격유지돌기(150) 및 2차 우측 간격 유지돌기(140b)에 의해 소정간격의 갭(S)이 형성될 수 있다.
이때, 하우징(200) 및 스테이터 코어(100)는 갭(S)에 의해 접촉 면적이 줄어들게 되고, 이에 따라 자속밀도가 낮아지게 되며, 프릭션 토크를 감소시킬 수 있게 된다.
따라서, 스테이터 코어(100)에 간격 유지돌기(160)를 형성하여 하우징(200) 및 스테이터 코어(100) 사이에 갭(S)를 형성하는 것은 하우징(200)의 재질을 변경하지 않고 스틸을 사용함으로써, 낮은 단가로 자속밀도 및 프릭션토크를 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 스테이터 코어

110 : 분할 코어

120 : 티스
121 : 폴슈
130: 베이스부
131: 제 1결합돌기
132: 제 2 삽입홀
140: 우측 간격 유지돌기
141: 제 2 결합돌기
150: 좌측 간격 유지돌기
151: 제 2 삽입홈
160: 간격 유지돌기
200: 하우징
S : 갭

Claims (6)

  1. 영구자석 모터 하우징 내부에 배치되는 것으로, 복수개의 분할코어가 결합하여 환형을 이루는 스테이터 코어에 있어서,
    상기 스테이터 코어의 외주면에는 소정간격으로 간격 유지돌기가 형성되어, 상기 스테이터 코어가 상기 하우징에 인입시, 상기 간격 유지돌기가 상기 하우징 내면에 지지되며,
    상기 간격 유지돌기는,
    상기 간격 유지돌기의 일 측면에는 제 2결합돌기가 형성되고, 상기 간격유지돌기의 타 측면에는 제 2 삽입홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분할코어는,
    코일이 권선되는 티스와, 상기 티스 바깥쪽 단부에 양쪽 방향으로 돌출 형성되는 베이스부를 포함하는 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 베이스부의 일측 절단면에는 제 1결합돌기가 형성되고, 상기 베이스부의 타측 절단면에는 제 1 삽입홈이 형성되는 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 티스는, 안쪽 단부에 소정크기의 폴슈가 형성되는 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 간격 유지돌기는,
    상기 베이스부 양단에 각각 형성되며, 바깥쪽 방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 영구자석 모터의 프릭션을 저감시키는 스테이터 코어.
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