KR101287357B1

KR101287357B1 - 모터

Info

Publication number: KR101287357B1
Application number: KR1020100066824A
Authority: KR
Inventors: 최수봉
Original assignee: 최수봉
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2013-07-18
Also published as: KR20120006210A

Abstract

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브러시와 정류자가 없이 회전자를 영구자석으로 하고 계자극을 3상 모터 구조의 권선으로 배치하고, 회전자의 위치를 홀 센서나 포토 센서로 검출하여 해당하는 계자코일에 흐르는 전류를 FET(전계효과트랜지스터) 등의 파워 소자로 단속하여, 회전자석과 고정코일 간에 흡입 반발을 통해 회전력을 얻는 브러시레스(Brushless DC Motor)모터에 관한 것이며, 상기 브러시레스 모터에 구비되는 코일을 코어에 권취시키지 않고 보빈에 권취시킨 후, 코어에 수용시켜서 된 브러시레스 모터에 관한 것이다.
본 발명은 모터에 있어서, 링 형태의 보빈(11)에 권취되어, 인가되는 교번신호에 따라 전기장을 발생시키는 코일(12); 상기 보빈(11) 양측에서 대칭으로 결합되면서 보빈(11)을 수용하여, 코일(12)로 인가되는 교번신호에 따라 N극과 S극의 자극을 교차 발생시키는 링 형태의 코어(13); 다수개가 인접 배열되는 상기 코어(13) 사이에 위치하여, 각 코어(13)를 독립적인 상태를 차폐시키는 차폐패드(14); 중앙에 회전축(15a)을 가지며 상기 코어(13)와 차폐패드(14)의 중앙에 간격을 두고 위치하여, 상기 코어(13)의 자극에 반응하여 회전하는 마그네트(15); 상기 코어(13)와 차폐패드(14)를 고정시키되, 상기 마그네트(15)의 회전축(15a) 양단 부분을 회전 가능상태로 지지하는 모터하우징(16);을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명은 코일을 링 형태의 보빈에 권취시키고 이를 양측에서 대칭으로 결합되는 코어 내측에 인서트시킴으로써, 코어에 코일을 용이하게 마련할 수 있다. 또한, 본 발명은 코일이 내재된 코어를 슬림한 링 형태로 마련하되, 이를 차폐 상태로 다수개(예 : 3개) 마련함으로써, 기존 모터와 크기 및 중량은 동일 유사하게 하면서도 회전출력은 현저히 증대시킬 수 있다.

Description

모터{Motor}

본 발명은 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브러시와 정류자가 없이 회전자를 영구자석으로 하고 계자극을 3상 모터 구조의 권선으로 배치하고, 회전자의 위치를 홀 센서나 포토 센서로 검출하여 해당하는 계자코일에 흐르는 전류를 FET(전계효과트랜지스터) 등의 파워 소자로 단속하여, 회전자석과 고정코일 간에 흡입 반발을 통해 회전력을 얻는 브러시레스(Brushless DC Motor)모터에 관한 것이며, 상기 브러시레스 모터에 구비되는 코일을 코어에 권취시키지 않고 보빈에 권취시킨 후 코어에 수용시켜서 된 모터에 관한 것이다.

일반적으로, BLDC모터는 Brushless DC모터의 약자로서, 다른 전동기에 비해 효율이 높고 제어가 용이하여, 냉장고/에어컨용 압축기 및 세탁기의 가변속 운전을 구현하기 위하여 현재 가장 많이 사용되고 있다.

이러한, 브러시가 없는 직류 전동기인 BLDC모터를 운전하기 위해서는 회전자에서 발생하는 영구자석의 자속(flux)과 전기적으로 직각 또는 임의의 각도를 갖도록 고정자의 자속을 제어해야 한다. 이를 위해서는 회전자가 어느 위치에 있는가를 항상 검출하여 회전자의 위치에 따라 고정자의 자속 발생위치를 결정하도록 인버터 스위칭 소자들의 스위칭 상태를 결정해야 한다.

즉, BLDC모터는 브러시와 정류자가 없이 회전자를 영구자석으로 하고 계자극이 3상 모터 구조의 권선으로 배치되어 있는데, 회전자의 위치를 홀 센서나 포토 센서로 검출하여 해당하는 계자코일에 흐르는 전류를 FET(전계효과트랜지스터) 등의 파워 소자로 단속하여, 회전자석과 고정코일 간에 흡입 반발을 유도하여 회전하게 되어 있는 직류모터이다.

상기, 회전자의 위치를 검출하기 위해서는 레졸버(resolver), 엔코더(absolute encoder), 홀센서(hall sensor) 등을 사용할 수 있으나, 냉장고/에어컨용 압축기의 경우에는 온도/압력 등의 환경적인 요인에 의해 센서를 사용하기 어려우므로, 전동기에 인가되는 전압 또는 전류로부터 회전자의 위치를 검출한다.

상기와 같은 BLDC모터는 기본적인 구동회로의 센서 신호각대전류단속시기의 시간을(위상차)가변 하는 것만으로 속도와 토크를 간단하게 조절 할 수가 있고, 기계적인 마찰로 마모가 되어 수명에 영향을 주는 정류자와 브러시를 사용하지 않으므로 그 수명이 반영구적으로 길고 소음 또한 적으나, 브러시형 모터에 비해 가격이 비싸고 대형의 모터가 개발되어 있지 않고 가격이 비싸며, 고장 시에 전체를 교체 내지는 수리에 어려움이 많은 문제점이 있다.

또한, 종래 BLDC모터는 코일이 권취된 코어가 구비되어 있어, 모터의 부피가 커지고 중량이 무거운 문제점이 있으며, 코어에 코일을 귄취하는 작업이 매우 번거롭고 난해한 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 본 발명은 코어에 코일을 용이하게 마련할 수 있는 모터를 제공하는데 목적을 두고 있다.

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은 모터에 있어서, 링 형태의 보빈(11)에 권취되어, 인가되는 교번신호에 따라 전기장을 발생시키는 코일(12); 상기 보빈(11) 양측에서 대칭으로 결합되면서 보빈(11)을 수용하여, 코일(12)로 인가되는 교번신호에 따라 N극과 S극의 자극을 교차 발생시키는 링 형태의 코어(13); 다수개가 인접 배열되는 상기 코어(13) 사이에 위치하여, 각 코어(13)를 독립적인 상태를 차폐시키는 차폐패드(14); 중앙에 회전축(15a)을 가지며 상기 코어(13)와 차폐패드(14)의 중앙에 간격을 두고 위치하여, 상기 코어(13)의 자극에 반응하여 회전하는 마그네트(15); 상기 코어(13)와 차폐패드(14)를 고정시키되, 상기 마그네트(15)의 회전축(15a) 양단 부분을 회전 가능상태로 지지하는 모터하우징(16);을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제해결수단의 본 발명은 코일을 링 형태의 보빈에 권취시키고 이를 양측에서 대칭으로 결합되는 코어 내측에 인서트시킴으로써, 코어에 코일을 용이하게 마련할 수 있다.

또한, 본 발명은 코일이 내재된 코어를 슬림한 링 형태로 마련하되, 이를 차폐 상태로 다수개(예 : 3개) 마련함으로써, 기존 모터와 크기 및 중량은 동일 유사하게 하면서도 회전출력은 현저히 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외형 구성을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 구성의 결합상태를 구체적으로 도시한 측 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 구성을 좀더 구체적으로 도시한 분리시시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 구성을 보다 구체적으로 도시한 분리시시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고정자 부분(코일과 코어)의 구성을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고정자 부분(코일과 코어)의 구성을 보다 구체적으로 도시한 분리 사시도.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 결합상태의 구성 및 동작상태를 도시한 정 단면도.

이와 같이 제시하는 첨부 도면을 참고로 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 첨부 도면 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 모터에 있어서, 링 형태의 보빈(11)에 권취되어, 인가되는 교번신호에 따라 전기장을 발생시키는 코일(12); 상기 보빈(11) 양측에서 대칭으로 결합되면서 보빈(11)을 수용하여, 코일(12)로 인가되는 교번신호에 따라 N극과 S극의 자극을 교차 발생시키는 링 형태의 코어(13); 다수개가 인접 배열되는 상기 코어(13) 사이에 위치하여, 각 코어(13)를 독립적인 상태를 차폐시키는 차폐패드(14); 중앙에 회전축(15a)을 가지며 상기 코어(13)와 차폐패드(14)의 중앙에 간격을 두고 위치하여, 상기 코어(13)의 자극에 반응하여 회전하는 마그네트(15); 상기 코어(13)와 차폐패드(14)를 고정시키되, 상기 마그네트(15)의 회전축(15a) 양단 부분을 회전 가능상태로 지지하는 모터하우징(16);을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 본 발명 중 상기 보빈(11)은 플랜지를 갖는 합성수지재 링체일 수 있다.

한편, 본 발명 중 상기 코일(12)은 보빈(11)에 권취되는 에나멜선일 수 있다.

또 한편, 본 발명 중 상기 코어(13)는 첨부 도면 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 단면이"ㄱ"자 형상으로 된 링체로서, 수평방향의 외주면에는 중앙을 중심으로 일정한 각도마다 슬롯(13a)이 마련되고, 수직 방향의 면은 일정각도를 가지고 갭을 갖도록 절결되면서 분할되어 다수의 자극형성편(13b)이 마련되며, 상기 각 자극형성편(13b)의 하나 건너뛴 선단부 마다 보빈(11)이 위치하게 되는 방향으로 수용편(13c)이 절곡 마련될 수 있다.

상기, 코어(13)는 양측 방향에 대칭으로 위치하여 수용편(13c)이 어긋나게 맞물려서 결합될 수 있다.

이때, 상기 코어(13)의 슬롯(13a)이 마련되는 일정한 각도는 실시예적으로 15도 각도일 수 있다. 이와 같이 되면, 코어(13)의 외주면에는 24개의 슬롯(13a)이 형성되며, 상기 마그네트(15)를 중심으로 외측에 배열된 각각의 코어(13)의 설치 각도를 30도 또는 60도 또는 90도와 같이 어긋나게 순차적으로 배열시킬 수 있다.

상기, 슬롯(13a)은 모터하우징(16)을 구성하는 요소 중 하나인 고정부재(16c ; 아래에서 상세히 설명)가 4방향에서 끼워지면서 결합이 이루어져, 상기와 같이 각각의 코어(13)가 어긋나게 배치된 상태를 유지(회동되는 것을 방지)시킬 수 있다.

또 한편, 본 발명 중 상기 차폐패드(14)는 링 형태의 비철금속 판체로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 차폐패드(14)의 외주연에는 4방향에 홈이 형성되어, 모터하우징(16)을 구성하는 고정부재(16c)가 4방향에서 끼워지면서 결합이 이루어져, 회동되는 것이 방지될 수 있다.

또한, 상기 차폐패드(14)는 실시예적으로, 코어(13)와 다른 코어(13) 사이에 끼워져 코어(13) 상호간을 차폐시키기도 하며, 양측 단에 위치하는 코어(13)의 외측 방향의 면에도 마련될 수도 있다.

또 한편, 본 발명 중 상기 마그네트(15)는 호 형상으로 이루어진 자석 블럭체가 간격을 두고 원형 형태로 배열되고, 그 중앙을 회전축(15a)이 관통하여 고정되어진 회전체일 수 도 있다.

이때, 상기 마그네트(15)는 실시예적으로 호형상로 된 4개의 마그네트가 동일한 간격을 두고 원형 형태로 배열될 수 있다.

또한, 상기 마그네트(15)는 회전방향의 양 단에 각각 "N"극과 "S"극이 착자되어서 이루어질 수 있다.

또 한편, 본 발명 중 상기 모터하우징(16)은 모터의 회전축(15a) 일측 단을 인출 지지하는 평면체블럭의 전방하우징(16a); 모터의 회전축(15a) 타측 단을 지지하는 평면체블럭의 후방하우징(16b); 상기 전방하우징(16a)과 후방하우징(16b)의 4 모서리 부분을 관통하여 조임 고정을 통해 상기 코어(13) 결합체를 압착 고정시키는 고정부재(16c);를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 전방하우징(16a)은 사각의 평면체블럭으로서, 중앙에 회전축(15a)의 일측 단이 관통되는 구멍이 형성되고, 그 일측 면(코어(13)가 위치하는 내측 방향의 면)에 베어링이 마련된 것일 수 있다.

또한, 상기 후방하우징(16b)은 원형의 평면체블럭으로서, 중앙에 회전축(15a)의 타측 단이 끼워지거나 관통되는 홈 또는 구멍이 형성되고, 그 부분에 베어링이 마련된 것일 수 있다.

또한, 상기 고정부재(16c)는 볼트와 너트일 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 기본적인 동작 원리를 살펴보고자 하며, 이를 위해 마련된 아래 그림은 고정자(stator) 부분에 해당하는 코일(12)의 전기적인 구성을 나타낸 것이다.

통상, 모터(10) 특히, BLDC 모터는 마그네트로 된 회전자와 권선으로 되어 있는 스테이터로 이루어져있다. 마그네트 회전자와 전류가 인가된 권선으로부터 생성되는 자기장 사이의 관계에 의해, 전기 에너지가 회전자를 회전시킴으로써 기계적인 에너지로 변환된다.

상기, 그림에서 ( A - a - com - b - B )의 순서로 전류가 흐르는 1번의 경우, 해당 stator의 극성이 정해진다. 예로, 마그네트(15)로 되어 있는 rotor의 N극은 ( A - a ) stator와 ( com - b ) stator 사이에 위치하고, S극은 ( b - B ) stator와 ( a - com ) stator 사이에 위치하게 된다.

여기서, ( A - a - com )로 흐르는 전류량과 ( com - b - B )로 흐르는 전류는 모터에 연결되어 있는 MOSFET소자(예 : BLDC모터의 경우)에 의해 스위칭 되어 A, B, C에 공급된다.

앞에서 설명한 구조는 내부 rotor가 하나의 N, S극 이루어진 단순한 형태의 BLDC 내부 구조이다. 만약, rotor가 2 pole이 아니라 4 pole이라면, 내부 둘레의 stator의 개수도 6개가 아닌 12개가 된다. 그렇게 되면, stator에 인가되는 전류의 상이 바뀔 때, 60도씩 움직이는 것이 아니라 30도씩 움직이게 된다.

이러한 동작 원리를 참조하여 본 발명의 작용을 살펴보면, 코일(12)로 교번신호 즉, 전류가 인가되어 첨부 도면 도 7에 도시된 바와 같이, 코어(13)의 자극형성편(13b)에 N극과 S극이 교대로 형성된다.

그리되면, 상기 코어(13)의 "N"극 부분에 위치한 마그네트(15)의 N극이 반발하여 코어(13)의 S극 방향으로 이동하려 하고, 코어(13)의 S극 부분에 위치한 마그네트(15)의 S극 역시 반발하여 코어(13)의 N극 방향으로 이동하려는 힘에 의해 회전력이 얻어진다.

물론, 상기 코일(12)로 인가되는 전류의 방향에 따라 코일(12)의 형성되는 극성이 반대로 작용하여 정/역회전이 가능하다.

이와 같이 하여 얻어진 회전력에 의해 마그네트(15)가 회전하게 되는데, 이때, 상기 마그네트(15)를 중심으로 다수의 코어(13)가 인접하면서 배열되어지되, 인접한 각 코어(13)의 자극 즉, N극과 S극의 위상이 서로 일정 각도만큼씩 어긋나게 배열되어 있어, 전류의 흐름에 따라 순차적으로 마그네트(15)를 회전시키게 된다.

이때, 모터(10)를 운전하기 위해서는 회전자인 마그네트(15)의 자속(flux)과 전기적으로 직각 또는 임의의 각도를 갖도록 고정자의 자속을 제어해야 한다. 이를 위해서는 회전자가 어느 위치에 있는가를 항상 검출하여 회전자의 위치에 따라 고정자의 자속 발생위치를 결정하도록 인버터 스위칭 소자들의 스위칭 상태를 결정해야 한다.

즉, 본 발명인 모터(10)는 브러시와 정류자가 없이 회전자를 상기 마그네트(15)로 하고, 계자극이 3상 모터 구조의 권선으로 배치된 BLDC모터로 되고, 회전자인 상기 마그네트(15)의 위치를 홀 센서나 포토 센서로 검출하여 해당하는 코일(12)에 흐르는 전류를 FET(전계효과트랜지스터) 등의 파워 소자로 단속하여, 회전자인 마그네트(15)와 고정자인 코일(12)간에 흡입 반발을 유도하여 상기와 같이 회전하게 된다.

상기, 회전자의 위치를 검출하기 위해서는 레졸버(resolver), 엔코더(absolute encoder), 홀센서(hall sensor) 등을 사용하기도 하며, 모터(10)에 인가되는 전압 또는 전류로부터 회전자의 위치를 검출할 수 도 있다.

상기와 같은 모터는 기본적인 구동회로의 센서 신호각대전류단속시기의 시간을(위상차)가변 하는 것만으로 속도와 토크를 간단하게 조절 할 수 있다.

이때, 모터(10)가 구동하면 고열이 발생하는데, 본 발명은 발생열이 오픈된 모터하우징(16)의 외부 표면을 통해 방출되거나, 또는 내부의 순환경로를 통해 유체 예컨대, 오일을 순환시켜 열 교환을 통해 냉각되기도 한다.

이와 같이 되는 본 발명인 모터(10)는 회전력을 얻어내는 모터 그 자체로 이용될 수 도 있으나, 발전기로도 이용될 수 있다.

즉, 마그네트(15) 부분을 고정시키고, 코일(12) 또는 코일(12)이 권취된 보빈(11)을 회전시키면, 코일(12) 속의 자기장 변화가 생기고, 이 때 코일(12)의 양끝에 유도 기전력이 생겨 유도 전류가 흐르게 되어 발전이 이루어지게 되는데, 이때, 전술한 FET를 off 상태로 만들어서 발생된 에너지를 회수하여 충전시킨다.

이를 위해서, 상기 보빈(11) 부분에 마그네트(15)를 위치시켜 고정하고, 회전축(15a) 부분에 코일(12)을 권취시켜 회전시킬 수 도 있다.

이와 같은 본 발명인 모터(10)는 특히, 최근에 급속히 기술적인 신장세를 보이는 전기자동차의 구동장치와 발전기로 아주 유용하며, 그밖에도 냉장고/에어컨용 압축기 및 세탁기의 가변속 운전을 구현하는 장치로 이용될 수 도 있으며, 산업 전반에 걸쳐 다 분야에 필요에 따라 적용 가능하다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10 :모터 11 : 보빈
12 : 코일 13 : 코어
13a : 슬롯 13b : 자극형성편
13c : 수용편 14 : 차폐패드
15 : 마그네트 15a : 회전축
16 : 모터하우징 16a : 전방하우징
16b : 후방하우징 16c : 고정부재

Claims

링 형태의 보빈(11)에 권취되어, 인가되는 교번신호에 따라 전기장을 발생시키는 코일(12); 상기 보빈(11) 양측에서 대칭으로 결합되면서 보빈(11)을 수용하여, 코일(12)로 인가되는 교번신호에 따라 N극과 S극의 자극을 교차 발생시키는 링 형태의 코어(13); 다수개가 인접 배열되는 상기 코어(13) 사이에 위치하여, 각 코어(13)를 독립적인 상태를 차폐시키는 차폐패드(14); 중앙에 회전축(15a)을 가지며 상기 코어(13)와 차폐패드(14)의 중앙에 간격을 두고 위치하여, 상기 코어(13)의 자극에 반응하여 회전하는 마그네트(15); 상기 코어(13)와 차폐패드(14)를 고정시키되, 상기 마그네트(15)의 회전축(15a) 양단 부분을 회전 가능상태로 지지하는 모터하우징(16);을 포함하여 구성된 모터(10)에 있어서, 코어(13)는 단면이"ㄱ"자 형상으로 된 링체로서, 수평방향의 외주면에는 중앙을 중심으로 일정한 각도마다 슬롯(13a)이 마련되고, 수직 방향의 면은 일정각도를 가지고 갭을 갖도록 절결되면서 분할되어 다수의 자극형성편(13b)이 마련되며, 상기 각 자극형성편(13b)의 하나 건너뛴 선단부 마다 보빈(11)이 위치하게 되는 방향으로 수용편(13c)이 절곡 마련되게 구성함을 특징으로 하는 모터.
삭제