KR100854996B1 - 브러시리스 직류 모터 - Google Patents

Abstract

자속의 단락을 방지하고 자속의 누설을 최소화하여 토크 리플을 감소시킬 수 있도록 한 브러시리스 직류 모터가 개시된다. 복수의 자속단락 방지홀이 회전자 코어에서 마그네트가 끼워지는 각 설치홀 사이에서 회전자 코어의 외주연에 이르는 영역에 걸쳐서 배치된다. 이 복수의 자속단락 방지홀은 회전자 코어의 중심에서 각 설치홀 사이의 중심을 잇는 제 1 선에 대해 대칭을 이루어 형성되고, 회전자 코어의 중심에서 복수의 자속단락 방지홀의 외측단을 잇는 제 2 선과 제 1 선이 이루는 각도는 대략 15~20도가 되도록 한다. 바람직하게, 회전자 코어의 외주연과 복수의 자속단락 방지홀의 외주연 사이의 길이와 각 마그네트와 복수의 자속단락 방지홀 사이의 길이는 회전자 코어와 고정자 사이의 갭보다 작게 형성된다.

Description

브러시리스 직류 모터{Blushless DC Motor}

도 1은 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 횡단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 회전자를 확대하여 보인 도면이다.

도 3은 도 2에 도시된 복수의 자속단락 방지홀을 확대하여 보인 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터에서의 역기전력 선도를 보인 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터에서의 토크 선도를 보인 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 고정자 11: 고정자 코어

14: 코일 20: 회전자

21: 회전자 코어 22: 설치홀

23: 마그네트 40: 자속단락 방지홀

본 발명은 브러시리스 직류 모터에 관한 것으로, 더 상세하게는 토크 리플을 줄여서 진동 및 소음을 저감시키고 운전효율을 향상시킬 수 있도록 한 브러시리스 직류 모터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 각종 전자제품에 설치되어 회전 구동력을 발생시키기 위한 것으로, 이러한 모터의 한 종류로서 부피와 무게를 작게 할 수 있고, 속도제어를 용이하게 할 수 있는 브러시리스 직류 모터가 있다.

일본 공개특허공보 2002-84693호에 개시된 바와 같이, 종래의 브러시리스 직류 모터는 고정자와, 고정자의 내부에 회전 가능하게 수용되는 회전자와, 회전자의 중심을 관통하여 설치되는 회전축을 구비한다. 고정자는 다수의 자성 강판을 대략 원통형상이 되도록 적층하여 만들어진 고정자 코어와, 이 고정자 코어에 원주방향으로 배열된 복수의 슬롯과, 복수의 슬롯에 감겨진 복수의 코일을 구비하여 구성된다.

회전자는 고정자와 마찬가지로 다수의 자성 강판을 대략 원통형상이 되도록 적층하여 만들어져서 고정자의 중공부에 일정 간격 이격된 상태로 끼워지는 회전자 코어와, 회전자 코어에 원주방향으로 배열된 복수의 설치홀과, 각 설치홀에 끼워지는 복수의 마그네트를 구비하며, 회전축은 회전자의 중심에 형성된 중공부에 압입되어 회전자와 함께 회전하게 된다.

따라서 고정자의 슬롯에 감겨진 복수의 코일에 전류가 인가되면 각 코일의 극성이 순차적으로 변하게 되고, 이에 대응되는 회전자의 각 마그네트의 극성과 고정자의 각 코일에 형성되는 극성이 동일한 경우에 발생되는 반발력과 상이한 경우에 발생되는 흡인력에 의해 원심력이 발생하게 되며, 이에 따라 회전자가 회전축과 함께 회전하면서 회전 구동력을 발생시키게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 브러시리스 직류 모터는 마그네트가 끼워지는 각 설치홀 사이에서 자속이 단락되거나 누설되는 것을 방지하기 위한 구조를 갖추지 않아서 구조적으로 토크 리플이 크게 발생하게 되며, 이에 따라 소음 및 진동이 증대되고 운전효율이 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 자속의 단락을 방지하고 자속의 누설을 최소화하여 토크 리플을 감소시킬 수 있는 브러시리스 직류 모터를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정자와 회전자를 구비한 브러시리스 직류 모터에 있어서,

상기 회전자는 회전자 코어, 상기 회전자 코어에 마련된 복수의 설치홀, 상기 각 설치홀에 끼워져서 고정되는 복수의 마그네트, 상기 각 설치홀 사이에서 다층구조를 이루도록 배열된 복수의 자속단락 방지홀로 이루어지며,
상기 복수의 자속단락 방지홀은 상기 회전자 코어의 중심에서 상기 각 설치홀 사이의 중심을 잇는 제 1 선에 대해 대칭을 이루어 형성된다.

삭제

바람직하게, 상기 회전자 코어의 중심에서 상기 복수의 자속단락 방지홀의 외측단을 잇는 제 2 선과 상기 제 1 선이 이루는 각도는 대략 15~20도가 되도록 한 다.

바람직하게, 상기 회전자 코어의 외주연과 상기 복수의 자속단락 방지홀의 외주연 사이의 길이는 상기 회전자 코어와 상기 고정자 사이의 갭보다 작게 형성된다.

바람직하게, 상기 각 마그네트와 상기 복수의 자속단락 방지홀 사이의 길이는 상기 회전자 코어와 상기 고정자 사이의 갭보다 작게 형성된다.

다른 양태로서 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 고정자와 상기 고정자의 내부에 일정한 갭을 두고 배치되는 회전자를 포함하고, 상기 회전자는 회전자 코어, 상기 회전자 코어에 마련된 복수의 설치홀, 상기 각 설치홀에 삽입되는 복수의 마그네트, 상기 각 설치홀 사이에서 다층의 슬롯구조를 이루어 형성되는 복수의 자속단락 방지홀을 구비하며, 상기 복수의 단락 방지홀은 상기 각 설치홀 사이에서 상기 회전자 코어의 외주연에 이르는 영역에서 대략 V 형상을 이루어 배치된다.

삭제

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터의 대략적인 구조를 보인 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 자성 강판을 적층하여 대략 원통형상으로 형성된 고정자(10)와, 고정자(10)와 마찬가지로 다수의 자성 강판을 적층하여 원통형상으로 형성되며 고정자(10)에 일정 간격 이격된 상태로 수용되어 회전하게 되는 회전자(20)와, 회전자(20)의 중공으로 된 중심에 압입되어 회전자(20)와 함께 회전하게 되는 회전축(30)을 구비한다.

고정자(10)는 이 고정자(10)의 외주연을 형성하는 원환형상의 요크(11)와, 이 요크(11)로부터 반경방향으로 내측을 향해 연장하여 형성된 복수의 티스(12)와, 각 티스(12) 사이에 형성된 복수의 슬롯(13)과, 자기적으로 3상의 자계를 형성하기 위해 복수의 슬롯(13)에 감겨진 코일(14)을 구비하여 이루어진다.

회전자(20)는 대략 원통형상으로 형성된 회전자 코어(21)와, 이 회전자 코어(21)의 중심부 외측에 원주방향으로 형성된 복수의 설치홀(22)과, 각 설치홀(22)에 끼워지는 복수의 마그네트(23)와, 회전축(30)이 끼워져서 회전자(20)와 함께 회전할 수 있도록 하기 위해 회전자 코어(21)의 중심에 형성된 축홀(24)과, 각 설치홀(22)의 외측에 설치된 복수의 리벳홀(25)과, 각 설치홀(22)과 설치홀(22) 사이에서 다층구조로 형성된 복수의 자속단락 방지홀(40)을 구비한다.

마그네트(23)가 끼워지는 복수의 설치홀(22)은 폭이 작고 길이가 긴 장방형상으로 형성되고 그 단부가 서로 일정간격 이격된 상태로 회전자 코어(21)의 중심에 형성된 축홀(24)을 둘러싸도록 배치된다.

상기와 같이 구성된 회전자(20)는 회전자 코어(21)를 형성하는 각각의 자성 강판이 마그네트(23)가 끼워진 각 설치홀(22)의 외측에 형성된 리벳홀(25)에 리벳(미도시)이 체결됨으로써 서로 결합되고, 회전자(20)의 상부와 하부에 자속의 누설을 방지하기 위한 원형의 동판(미도시)이 부착됨으로써 조립된다.

다음에는 회전자(20)를 확대하여 보인 도 2와 도 3을 참조하여 복수의 자속단락 방지홀(40)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 자속의 단락을 방지하기 위해 회전자 코어(21)에 형성된 복수의 자속단락 방지홀(40)은 각각의 설치홀(22)과 설치홀(22) 사이에서 회전자 코어(21)의 외주연(21a)에 이르는 영역에 걸쳐서 배치된다.

상기 복수의 자속단락 방지홀(40)은 제 1 층 내지 제 4 층(40a)(40b)(40c)(40d)으로 이루어져서 다층구조를 형성하게 되는데, 제 1 층(40a) 내지 제 4 층(40d)은 각각 대략 V 형상으로 형성되어 서로 일정간격 이격되어 배치된다.

여기서, 본 발명의 실시예에서는 복수의 자속단락 방지홀(40)이 여러 개의 홀 또는 슬롯이 4개의 층을 형성하여 이루어진 구조를 갖는 것으로 제시되어 있지만, 회전자 코어(21)의 크기와 설치홀(22) 또는 마그네트(23)의 배치구조에 따라 다른 구조를 가질 수도 있다.

제 1 층(40a)은 회전자 코어(21)의 중심에서 각 설치홀(22) 또는 마그네트(23) 사이의 중심을 잇는 제 1 선(O1-O2)을 기준으로 하여 그 사이각이 가장 작게 형성되고, 제 4 층(40d)으로 갈수록 사이각이 점점 커져서 제 4 층(40d)이 가장 큰 사이각을 갖게 된다. 또한, 제 1 층(40a)과 제 2 층(40b)은 단일의 슬롯구조로 형성되고, 제 3 층(40c)과 제 4 층(40d)은 서로 연결되지 않는 한 쌍의 슬롯구조로 이루어지게 된다.

상기와 같은 구조를 가진 복수의 자속단락 방지홀(40)은 회전자 코어(21)의 중심에서 각 마그네트(23) 사이의 중심을 잇는 제 1 선(O1-O2)을 기준으로 하여 양측으로 대칭을 이루게 되며, 회전자 코어(21)의 중심에서 복수의 자속단락 방지홀 (40)의 외측단으로 되는 제 4 층(40d)을 잇는 제 2 선(O1-O3)과 상기 제 1 선(O1-O2)이 이루는 각도(θ1)는 대략 15~20도가 되도록 한다.

또한, 복수의 자속단락 방지홀(40)은 회전자 코어(21)의 외주연(21a)과 복수의 자속단락 방지홀(40)의 외주연 사이의 길이(L1)는 회전자 코어(21)와 고정자(10)의 내주연 사이의 갭(G1)보다 작게 형성되도록 하고, 마찬가지로 각 설치홀(22) 또는 각 마그네트(23)와 복수의 자속단락 방지홀(40) 사이의 길이(L2)도 회전자 코어(21)와 고정자(10)의 내주연 사이의 갭(G1)보다 작게 형성되도록 한다.

여기서, 자속단락 방지홀(40)의 외주연은 회전자 코어(21)의 외주연과 인접한 부위를 가리키며, 따라서 자속단락 방지홀(40)의 내주연은 회전자 코어(21)의 축홀(24)에 대향하는 쪽을 가리킨다.

복수의 자속단락 방지홀(40)이 상기와 같은 구조를 갖게 됨으로써 각 마그네트(23) 사이에서 효과적으로 자속의 단락을 방지할 수 있게 됨과 동시에 누설자속을 최소화하고 쇄교자속을 최대화할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터를 작동하기 위해 고정자(11)의 복수의 슬롯(13)에 감겨진 복수의 코일(14)에 전류를 인가하게 되면, 각 코일(14)의 극성이 순차적으로 변하게 되면서 각 코일(14)에 대응하는 각각의 마그네트(23)의 극성과 각 코일(14)에 형성되는 극성이 동일한 경우에 발생되는 반발력과 상이한 경우에 발생되는 흡인력에 의해 원심력이 발생하게 되며, 이에 따라 회전자(20)가 회전축(30)과 함께 회전하면서 회전 구동력을 발생시키게 된다.

이러한 작동과정에서 각 설치홀(22) 사이에서 회전자 코어(21)의 외주연 (21a)에 걸쳐서 배치된 복수의 자속단락 방지홀(40)의 작용에 의해 자속의 단락이 방지됨과 동시에 누설자속을 최소화하고 쇄교자속을 최대화할 수 있게 되며, 이에 따라 모터의 진동과 소음이 최소화할 수 있게 된다.

도 4와 도 5는 각각 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터에서의 역기전력 선도와 토크 선도를 보인 것이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 토크는 커지고 토크 리플 및 코깅 토크는 최소화시킬 수 있게 되며, 이에 따라 진동과 소음이 최소화된 상태로 작동할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 브러시리스 직류 모터는 각 마그네트의 단부에서의 자속의 단락을 방지하고, 자속이 고정자를 통해 최대한으로 쇄교하도록 하여 토크 리플은 감소되고 토크는 커지게 할 수 있게 됨으로써 모터의 진동과 소음을 줄일 수 있고 운전효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 고정자와 회전자를 구비한 브러시리스 직류 모터에 있어서,

   상기 회전자는 회전자 코어, 상기 회전자 코어에 마련된 복수의 설치홀, 상기 각 설치홀에 끼워져서 고정되는 복수의 마그네트, 상기 각 설치홀 사이에서 다층구조를 이루도록 배열된 복수의 자속단락 방지홀로 이루어지며,

   상기 복수의 자속단락 방지홀은 상기 회전자 코어의 중심에서 상기 각 설치홀 사이의 중심을 잇는 제 1 선에 대해 대칭을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 코어의 중심에서 상기 복수의 자속단락 방지홀의 외측단을 잇는 제 2 선과 상기 제 1 선이 이루는 각도는 대략 15~20도가 되도록 한 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 회전자 코어의 외주연과 상기 복수의 자속단락 방지홀의 외주연 사이의 길이는 상기 회전자 코어와 상기 고정자 사이의 갭보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 각 마그네트와 상기 복수의 자속단락 방지홀 사이의 길이는 상기 회전자 코어와 상기 고정자 사이의 갭보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
6. 고정자와 상기 고정자의 내부에 일정한 갭을 두고 배치되는 회전자를 포함하고, 상기 회전자는 회전자 코어, 상기 회전자 코어에 마련된 복수의 설치홀, 상기 각 설치홀에 삽입되는 복수의 마그네트, 상기 각 설치홀 사이에서 다층의 슬롯구조를 이루어 형성되는 복수의 자속단락 방지홀을 구비하며,

   상기 복수의 단락 방지홀은 상기 각 설치홀 사이에서 상기 회전자 코어의 외주연에 이르는 영역에서 대략 V 형상을 이루어 배치되는 것을 특징으로 하는 브러시리스 직류 모터.
7. 삭제

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