KR100698158B1 - 모터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분할된 구조의 스테이터 코어를 갖는 모터에서 상기 스테이터 코어의 내주면에 구르브(groove) 형상을 추가함으로써 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킨 모터에 관한 것이다.

본 발명은, 권선이 권취되는 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 스테이터 코어의 내주면에 형성되어 코깅 토크를 최소화하는 조절부:를 포함하여 이루어지며, 상기 조절부는 상기 스테이터 코어의 슬롯 근처에 형성됨을 특징으로 하는 모터를 제공한다.

본 발명에 의하면, 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킬 수 있어 모터 출력 성능을 안정적으로 보장할 수 있고, 모터의 진동 및 소음을 최소화하는 효과가 있다.

모터, 스테이터 코어, 로터, 코깅 토크, 에어 갭

Description

모터{A Motor}

도 1은 종래의 스테이터 코어와 로터를 도시한 사시도

도 2는 본 발명의 일 예에 따른 스테이터 코어와 로터를 도시한 사시도

도 3은 도 2의 스테이터 코어에서 에어 갭을 도시한 확대도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 로터 100 : 스테이터 코어

111 : 티스 112 : 내주면

113 : 슬롯 114 : 조절부

본 발명은 모터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모터의 코깅 토크를 감소시킬 수 있는 구조를 갖는 스테이터 코어를 구비한 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터(motor)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전 동력을 얻는 장치로서, 이러한 모터는 그 인가되는 전원의 종류에 따라 교류 모터와 직류 모터로 대별되며, 그 중에서도 유도 모터는 교류모터의 일종으로서 가전제 품의 구동을 위하여 많이 사용되고 있다.

이러한 유도 모터는 고정자(stator, 이하, 스테이터)와 회전자(rotor 또는 armature, 이하, 로터)를 포함하여 이루어지며, 스테이터의 권선(coil)에 교류가 흐를 때 발생하는 회전 자기장(rotating magnetic field)에 의해서 로터에 토크(torque)가 발생하는 원리로 작동하고, 상기 토크에 의해 로터가 회전하는 힘을 이용하게 된다.

전술한 바와 같은 유도 모터는 로터의 권선 형태에 따라 구리나 알루미늄 환봉이 로터 도체를 형성하는 농형(籠形) 유도 모터(squirrel cage induction motor)와, 로터에도 스테이터와 마찬가지로 권선되어 있는 권선형 유도 모터(wound-rotor induction motor)가 있다.

도 1을 참조하여 종래의 유도 모터의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

유도 모터는, 자기장을 형성하기 위한 권선이 권취되는 스테이터 코어(10)와, 상기 스테이터 코어(10)의 내부에서 자기장이 변화함에 따라 회전하는 영구자석으로 이루어지는 로터(20) 및, 상기 로터(20)의 중심부에 압입되어 상기 로터(20)가 회전함에 따라 발생하는 회전력을 소정의 장치 등에 전달하는 회전축(21)을 포함하여 이루어진다.

그런데, 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 스테이터 코어(10)는 그 내주면(12)이 분할된 구조로 형성는데, 그 분할된 구조로 인하여 원주방향으로 회전하는 거리에 따른 자기저항이 일정하지 않다.

즉, 스테이터 코어(10)의 내주면(12)과 로터(20)의 외경면 간에 형성된 회전 자계가 로터(20)가 소정각도 회전될 때마다 주기적으로 변화됨으로 인하여 코깅 토크(cogging torque)가 발생된다.

이러한 코깅 토크는 영구 자석이 장착된 로터(20)와 전원의 인가됨에 따라 선택적으로 자화되는 스테이터 코어(10) 사이의 자기 인력(magnetic attraction)에 의해서 발생된다.

이 인력은 로터(20)와 스테이터 코어(10) 사이의 자기 저항을 최소화하도록 상기 로터(20)를 스테이터 코어(10) 반대편의 평형위치로 움직이는 경향이 있다.

또한, 코깅 토크는 로터(20)가 회전함에 의해서 갑작스럽게 방향을 바꿀 수 있다.

특히, 상기 코깅 토크는 스테이터 코어(10)의 내주면(12)이 분할된 부분인 슬롯(13) 부분에서 가장 급격한 변화가 발생한다.

즉, 상기 코깅 토크는 상기 로터(20)의 회전방향에 대하여 그 크기가 변화하는 양상을 갖는데, 상기 로터(20)가 회전하여 슬롯(13)을 지나 스테이터 코어(10)의 내주면(12) 에지(edge)와 만나는 부분에서 가장 큰 변동을 보이게 된다.

이러한, 코깅 토크가 의미 있는 크기를 갖는다면, 로터(20)의 회전을 방해하는 장애가 될 뿐만 아니라, 모터의 정밀한 속도 제어 및 원활한 동작에 유해한 기계적인 진동의 원인이 된다.

또한, 실제 모터의 운전시 코깅 토크는 속도변동 및 소음과 진동을 유발하여 모터의 성능을 저하시키고, 모터의 제어를 어렵게 하는 요인이 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 코깅 토크 및 토크 리플을 감소시킴으로써 모터의 출력 성능이 안정적으로 작동하게 하고, 또한 모터의 진동 및 소음을 최소화하는 모터를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 권선이 권취되는 스테이터 코어; 상기 스테이터 코어의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터; 상기 스테이터 코어의 내주면에 형성되어 코깅 토크를 최소화하는 조절부:를 포함하여 이루어지며, 상기 조절부는 상기 스테이터 코어의 슬롯 근처에 형성됨을 특징으로 하는 모터를 제공한다.

상기 스테이터 코어의 내주면은 적어도 하나 이상의 부분으로 분할된 구조로 형성된다.

상기 조절부는 상기 내주면 상에서, 상기 스테이터 코어의 두께보다 얕은 깊이의 홈이 형성된 그루브를 형성할 수 있다.

상기 조절부는 상기 스테이터 코어의 슬롯에 대하여 일 방향에만 홈이 형성할 수 있다.

상기 조절부는 스테이터 코어의 슬롯수와 동일하거나 짝수배 만큼의 수가 형성함이 바람직하다.

상기 조절부는 로터의 회전방향에 대하여, 상기 슬롯을 지나 스테이터 코어가 시작되는 부분에 형성할 수 있다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2와 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 모터를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 예에 따른 모터는, 권선(미도시)가 권취되어 자기장을 형성하는 스테이터 코어(100)와, 상기 스테이터 코어(100)의 내부에 회전 가능하게 설치되는 영구자석으로 이루어진 로터(20)를 포함하여 구성된다.

상기 스테이터 코어(100)는 그 내주면에 권선이 권취되는 티스(teeth)(111)가 형성되어 있고, 상기 티스(111)의 끝단은 분할된 내주면(112)을 형성한다.

이때, 상기 스테이터 코어(100)는 권선에 전원이 인가됨에 따라 자기장을 형성하게 되고, 하나의 티스(111)는 하나의 극(pole)을 이룬다.

또한, 상기 로터(20)에는 상기 스테이터 코어(100)의 티스(111)(또는 극) 수와 동일한 수의 영구자석이 설치된다.

상기 스테이터 코어(100)의 내주면(112)에는 코깅 토크(cogging torque)를 최소화하기 위한 조절부(114)가 형성된다.

상기 조절부(114)는 상기 스테이터 코어(100)의 슬롯(113) 근처의 일정 너비를 갖고, 상기 스테이터 코어(100)의 내주면(112)의 두께보다 얕은 깊이를 갖는 그루브(groove)가 형성됨이 바람직하다.

또한, 상기 조절부(114)는 상기 슬롯(113)에 대해, 원주방향을 따라 동일 방향으로 형성되며, 적어도 상기 각 슬롯(113)에 대응되는 수의 그루브가 형성됨이 바람직하다.

또는, 상기 조절부(114)는 상기 슬롯(113)의 정수배에 해당되는 수의 그루브가 형성될 수 있다.

이는, 상기 조절부(114)가 홀수로 형성되거나 또는 조절부(114)가 형성되지 않은 슬롯(114)가 있는 경우, 모터 작동시의 코깅 토크 또는 토크 리플의 편향됨이 발생하여, 모터 출력에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.

상기 조절부(114)는 상기 스테이터 코어(100)의 내주면(112)과 로터(20)의 외주면 사이의 간격(이하, 에어 갭(air gap, 空隙)이라 함)을 변경시킴으로써 코깅 토크가 최소화되도록 변화시키는 역할을 하게 된다.

한편, 코깅 토크를 최소화하기 위한 적절한 에어 갭의 프로파일(profile)은 모터의 작동 조건, 및 스테이터 극과 로터 자석의 개수, 권선에 대한 전류 인가 시퀀스 및 다른 예상되는 조건과 같은 모터 매개변수에 따라 달라지게 된다.

본 발명은, 상기 스테이터 코어(100)의 내주면(112)에 그루브를 형성함으로써, 상기 에어 갭(t)을 변경시킴으로써 코깅 토크가 최소화되는 에어 갭 프로파일을 제공한다.

이때, 상기 그루브의 너비 및 깊이는 상기 모터의 매개변수에 따라 정해지게 된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 에어 갭은 원주방향을 따라 반경방향에 대해 일정한 거리를 갖지만, 상기 슬롯(113)을 지나는 부분에서 상기 조절부(114)에서는 그 거리가 (t1-t2)만큼 길어진다.

이때, 에어 갭이 작으면 로터(20)에 작용하는 자력이 강해져 회전수는 작아지고 토크가 커지며, 반대로 에어 갭이 크면 회전수는 올라가고 토크는 작아진다.

그리고, 상기 코깅 토크는 로터(20)의 회전방향에 대해 상기 로터(20)가 슬롯(113)을 가로질러 다른 스테이터 코어(100)의 내주면(113)의 에지(edge)(또는, 극)과 마주하려는 순간의 전이점(transitional point)에서 가장 두드러지게 나타난다.

따라서, 상기 조절부(114)는 상기 로터(20)의 회전방향에 대하여 슬롯(113)을 지나서 스테이터 코어(100)의 다른 극이 시작되는 부분에 형성함으로써, 코깅 토크의 급작스런 변화를 방지할 수 있다.

한편, 모터에서 로터(20)의 회전방향에 대하여 불기동 영역 또는 데드 포인트(dead point)가 존재하게 되는데, 이 데드 포인트에서는 모터의 효율이 낮으며, 토크 리플도 크게 나타나게 된다.

그러나, 본 발명의 조절부(114)에서 에어 갭이 변화됨에 따라, 토크 리플이 변화되고, 데드 포인트가 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 이너 로터(inner rotor) 타입의 모터에 대해 설명하였으나, 본 발명의 개념은 아웃터 로터(outer rotor) 타입의 모터에 대해서도 적용할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 분야에서 통 상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상술한 본 발명에 따른 모터에 따르면, 모터 작동시 발생하는 코깅 토크를 최소화하여 모터의 안정적인 출력성능을 보장하고, 진동과 소음 발생을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 권선이 권취되는 스테이터 코어;

   상기 스테이터 코어의 내부에 회전 가능하게 설치되는 로터;

   상기 스테이터 코어의 내주면에 형성되어 코깅 토크를 최소화하는 조절부:를 포함하여 이루어지며,

   상기 조절부는 상기 스테이터 코어의 슬롯 근처에 형성됨을 특징으로 하는 모터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스테이터 코어의 내주면은 적어도 하나 이상의 부분으로 분할된 구조로 형성됨을 특징으로 하는 모터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 조절부는 상기 내주면 상에서, 상기 스테이터 코어의 두께보다 얕은 깊이의 홈이 형성된 그루브임을 특징으로 하는 모터.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 조절부는 상기 스테이터 코어의 슬롯에 대하여 일 방향에만 홈이 형성됨을 특징으로 하는 모터.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 조절부는 스테이터 코어의 슬롯수와 동일하거나 정수배 만큼의 수가 형성됨을 특징으로 하는 모터.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 조절부는 로터의 회전방향에 대하여, 상기 슬롯을 지나 스테이터 코어가 시작되는 부분에 형성됨을 특징으로 하는 모터.

Images