KR101363231B1 - 플라스틱 마그넷 회전자를 갖는 모터 - Google Patents

플라스틱 마그넷 회전자를 갖는 모터 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 모터는 스테이터 코어 및 회전자를 포함하는 모터에 있어서, 상기 회전자는 전체가 플라스틱 마그넷으로 이루어진 플라스틱 마그넷 회전자이고, 상기 플라스틱 마그넷 회전자는 샤프트를 감싸도록 형성되는 내경부, 상기 내경부의 외측에 상기 내경부의 높이보다 높게 형성되는 외경부 및 상기 내경부와 외경부 사이의 공간인 오목 공간부로 이루어지고, 상기 플라스틱 마그넷 회전자는 상기 샤프트를 금형 내에 위치시킨 상태에서 플라스틱 마그넷을 성형하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

플라스틱 마그넷 회전자를 갖는 모터{Motor having Rotor consisting of Plastic Magnet}
본 발명은 모터에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 로터 전체의 재질을 플라스틱 마그넷으로 형성함으로써 다양한 구조의 적용이 가능한 로터를 갖는 모터에 관한 것이다.
일반적으로 모터는 코일이 권선되는 고정자(스테이터)와 코일에서 발생하는 전자기장의 방향에 따라 회전하는 회전자(로터)로 이루어진다. 로터는 통상적으로 얇은 강판을 적층하여 제조한 코어 내부에 마그네트를 매립한 형태가 사용되고 있다. 이와 같은 종래의 로터는 대한민국특허공개 제10-2004-0042035호에 개시되어 있다. 종래의 로터 구조를 도 1에, 로터가 스테이터 코어의 내측에 위치한 구조를 도 2에 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 로터(100)는 중심부에 샤프트(50)가 결합되어 있고, 다수의 마그넷(110)이 로터 내측에 매립되어 있다. 이 로터(100)는 스테이터 코어(200)의 내측에 위치하여 회전한다. 로터(100)는 얇은 철재 강판을 적층하여 제조한 로터 코어(110)에 마그넷(120)을 매립하여 제조한다.
이와 같은 로터(100)는 약 10,000 RPM 이상의 고속 회전 시에 마그넷(120)이 제위치에서 이탈할 수 있기 때문에, 로터 코어(110)의 상부 및 하부에 로터 커버(도시되지 않음)를 적용하거나, 로터 코어(110)에 마그넷(120)이 매립되어 있는 상태로 인서트 사출 금형에 위치시킨 다음, 인서트 사출에 의하여 로터 커버를 형성하는 등의 방법에 의하여 내부의 마그넷(120)이 이탈하는 것을 방지하고 있다. 따라서, 로터 커버를 적용하는 것과 코어 강판을 적층하여 로터 코어를 제조하여야 하기 때문에 제조 과정이 복잡하고 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 스테이터 코어(200)는 코어 낱장을 타발할 때 전체 평면 형상을 타발하기 때문에 코어 강판의 손실이 많이 발생하고 있다.
이에 본 발명자들은 로터 코어에 마그넷을 매립하고 로터 커버를 적용하는 구조와는 전혀 상이한 플라스틱 마그넷 회전자를 적용하여 제조 비용을 효과적으로 줄일 수 있는 모터를 제안하고자 한다.
본 발명의 목적은 플라스틱 마그넷 회전자를 구비한 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 로터 코어와 마그넷을 적용할 필요가 없어 제조 공정이 간단하고 제조 비용을 낮출 수 있는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다양한 형태로 성형이 가능한 플라스틱 마그넷 회전자를 갖는 모터를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적들 및 기타 내재되어 있는 목적들은 아래 설명하는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 모터는 스테이터 코어 및 회전자를 포함하는 모터에 있어서,
상기 회전자는 전체가 플라스틱 마그넷으로 이루어진 플라스틱 마그넷 회전자이고, 상기 플라스틱 마그넷 회전자는
샤프트를 감싸도록 형성되는 내경부, 상기 내경부의 외측에 상기 내경부의 높이보다 높게 형성되는 외경부 및 상기 내경부와 외경부 사이의 공간인 오목 공간부로 이루어지고,
상기 플라스틱 마그넷 회전자는 상기 샤프트를 금형 내에 위치시킨 상태에서 플라스틱 마그넷을 성형하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 오목 공간부에 상기 내경부와 상기 외경부를 연결하는 내측 돌출부가 형성되어 있어도 좋다.
본 발명에서, 상기 외경부의 상부에 돌출되어 형성된 상부 돌출부가 최소한 두 개 이상 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 상부 돌출부의 모서리 부위에 경사면 형상의 테이퍼부가 형성되어 있어도 좋다.
본 발명에서, 상기 내측 돌출부의 모서리 부위에 경사면 형상의 테이퍼부가 형성되어 있어도 좋다.
본 발명에서, 상기 스테이터 코어는 얇은 선형의 강판에 2열의 티스가 포개져 있는 상태로 타발하고, 타발된 강판을 적층한 분할 코어를 제작하고, 상기 분할 코어를 벤딩하고, 그리고 그리고 벤딩된 분할 코어를 연결하는 단계로 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명은 플라스틱 마그넷 회전자를 구비하여 로터 코어와 마그넷을 적용할 필요가 없어 제조 공정이 간단하고 제조 비용을 낮출 수 있으며, 다양한 형태로 성형이 가능한 모터를 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 모터에 적용되고 있는 로터를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 모터에 적용되고 있는 스테이터 코어와 로터를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 선을 따라 절단하여 바라본 절단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 B-B' 선을 따라 절단하여 바라본 절단면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자를 나타낸 평면도이다.
도 8은 도 7의 C-C' 선을 따라 절단하여 바라본 절단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 모터의 스테이터 코어와 플라스틱 마그넷 회전자를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 스테이터 코어를 제작하기 위한 분할 코어의 코어 낱장이 타발되는 형상을 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 발명의 스테이터 코어를 제작하기 위한 분할 코어를 결합하는 모습을 나타낸 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자(10)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A' 선을 따라 절단하여 바라본 절단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 모터는 플라스틱 마그넷 회전자(10)를 포함하여 이루어진다. 플라스틱 마그넷 회전자(10)는 내경부(11), 외경부(12) 및 오목 공간부(13)로 이루어지며, 이들 내경부(11), 외경부(12) 및 오목 공간부(13) 전체는 플라스틱 마그넷을 사출성형이나 압출성형에 의하여 일체로 형성한다.
플라스틱 마그넷은 자성을 갖는 분말을 플라스틱 베이스 수지 100 중량%에 대하여 약 70 내지 90 중량% 정도를 배합한 혼합 재로를 성형한 다음, 이들 성형물을 착자시킴으로써 영구자석의 성질을 갖게 한 것이다. 종래기술에 따른 로터 코어에 삽입되는 마그넷의 경우 단단하고 충격에 취약하고, 복잡한 형상으로 제조하기가 매우 어려운 단점이 있으나, 플라스틱 마그넷의 경우 사출성형, 압출성형 또는 캘린더 가공 등에 의하여 복잡한 형상으로 제조가 가능하다. 자성 분말로 주로 사용되는 것으로 토륨 페라이트나 스트론튬 페라이트와 같은 페라이트계와 희토류계가 있다. 플라스틱 베이스 수지로는, 고무, 페놀, 에폭시 수지 등의 열경화성 수지와, PVC, 염소화폴리에틸렌, PP, EVA, 나일론류 등의 열가소성 수지 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, 플라스틱 마그넷의 성형에 의하여 일체형 회전자를 제작하는 경우, 종래의 로터 코어와 삽입형 마그넷을 사용하는 경우보다 구조적으로 간단하고 제조 공정이 간단하며 제조 비용을 낮출 수 있으면서도 종래의 로터와 비슷한 수준의 회전 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라스틱 마그넷 회전자(10)는 내경부(11), 외경부(12) 및 오목 공간부(13)로 이루어지는데, 샤프트(50)를 금형에 위치시킨 다음, 금형 내부에 플라스틱 마그넷 용융물을 주입하여 사출성형에 의해 내경부(11), 외경부(12) 및 오목 공간부(13)를 형성한다. 내경부(11)는 샤프트(50)와 결합되는 부위이다. 샤프트(50)에는 부하가 연결되어 플라스틱 마그넷 회전자(10)의 회전에 의하여 함께 회전한다. 샤프트(50)와 내경부(11)의 견고한 결합을 위해 샤프트에는 에이치컷(H-cut)(51)이 형성되어 있다. 이 에이치컷(51)의 홈 부분에 사출 용융물이 유입되어 사출 완료 시에 샤프트(50)와 플라스틱 마그넷 회전자(10)와의 결합을 보다 견고하게 하는 동시에, 플라스틱 마그넷 회전자(10)가 회전할 때 샤프트(50)가 헛도는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게, 내경부(11)의 높이는 외경부(12)의 높이보다 낮게 형성되며, 내경부(11)와 외경부(12)의 높이 차이로 인하여 그 사이에 형성되는 공간이 오목 공간부(13)이다.
오목 공간부(13)는 일종의 살빼기 공간의 역할을 한다. 즉, 내경부(11)와 외경부(12) 사이가 플라스틱 마그넷으로 완전히 채워지는 경우보다 플라스틱 마그넷의 소요량을 줄여 제조 비용을 낮출 수 있다.
오목 공간부(13)에는 내경부(11) 외측와 외경부(12) 내측을 연결하는 형상을 갖는 내측 돌출부(14)가 형성되어 있다. 이 내측 돌출부(14)는 내경부(11)와 외경부(12) 사이를 보강하는 역할을 하며, 내경부(11) 또는 외경부(12)가 플라스틱 마그넷 회전자(10)의 고속 회전 시에 발생할 수 있는 크랙이나 기타 강도 부족에 의한 손상을 방지하여 준다. 한편, 내측 돌출부(14)는 플라스틱 마그넷 회전자(10)가 회전할 때, 팬의 역할도 한다. 즉, 내측 돌출부(14)의 회전에 의하여 발생하는 공기의 흐름이 플라스틱 마그넷 회전자(10)의 회전 운동에 의하여 발생할 수 있는 열과 스테이터 코어에 인가되는 전기적 에너지에 의하여 발생하는 열을 냉각시키는 역할을 한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자(30)를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 B-B' 선을 따라 절단하여 바라본 절단면도이다.
도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자(30)는 제1 실시예와 유사하게 내경부(31), 외경부(32) 및 오목 공간부(33)로 이루어지고, 외경부(32)의 상부에는 복수 개의 상부 돌출부(34)가 형성되어 있으며, 오목 공간부(33)의 내경부(31)와 외경부(32)를 연결하는 내측 돌출부(35)가 형성되어 있다.
내경부(31), 외경부(32) 및 오목 공간부(33)는 제1 실시예의 경우와 동일하다. 상부 돌출부(34)는 외경부(32) 상부에 최소한 두 개 이상 대칭으로 형성하는 것이 바람직하다. 도 5에는 4개의 상부 돌출부(34)가 90 도 간격으로 대칭으로 형성되어 있는 것을 도시하고 있다.
상부 돌출부(34)는 내측 돌출부(35)의 팬 역할을 보가 강화시키기 위한 것으로, 상부 돌출부(34)는 플라스틱 마그넷 회전자(30)의 회전 시에, 공기의 흐름을 발생시켜 모터 내부에서 발생하는 열을 냉각시키는 데 도움을 준다. 상부 돌출부(34)는 고속 회전 시에 원활한 공기 흐름과 회전 시의 공기 저항을 줄이기 위하여 그 모서리 부분이 원만한 경사를 갖도록 깎여진 형상인 테이퍼부(36)를 가지고 있다. 내측 돌출부(35)도 마찬가지로, 모서리 부분에 테이퍼부(37)가 형성되어 있어 회전 시의 공기 저항을 줄일 수 있는 구조를 가지고 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자(40)를 나타낸 평면도이고, 도 8은 도 7의 C-C' 선을 따라 절단하여 바라본 절단면도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자(40)는 내경부(41), 외경부(42) 및 오목 공간부(43)를 갖는 것에 더하여, 제1 살빼기 공간(44), 보강 리브(45) 및 제2 살빼기 공간(46)을 갖는다.
보강 리브(45)는 내경부(41)와 외경부(42)를 연결하여 플라스틱 마그넷 회전자(40) 전체의 강도를 보강하여 준다. 인접하는 보강 리브(45) 사이에는 제1 살빼기 공간(44)이 있고, 보강 리브(45)와 동일한 평면 상에는 제2 살빼기 공간(46)을 갖도록 형성한다. 이 제1 살빼기 공간(44) 및 제2 살빼기 공간(46)은 플라스틱 마그넷 회전자(40)의 무게를 줄이는 동시에 플라스틱 마그넷의 양을 줄여 주기 때문에, 모터의 경량화 및 비용 절감에 도움이 된다.
도 9는 본 발명에 따른 모터의 플라스틱 마그넷 회전자(10)와 스테이터 코어(20)를 나타낸 사시도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 마그넷 회전자(10 또는 도면부호 30, 40의 적용이 가능하다. 이하 같다)는 스테이터 코어(20) 내측에 위치하여 회전하도록 구성된다. 물론, 스테이터 코어(20)가 내측에, 플라스틱 마그넷 회전자(10)가 스테이터 코어(20)의 외측에 위치하는 형태의 모터에도 적용이 가능하다.
바람직하게, 본 발명에서 스테이터 코어(20)는 얇은 선형의 강판에 2열의 티스가 포개져 있는 상태로 타발하여, 타발된 강판을 적층한 분할 코어 형태를 사용한다. 이는 타발되어 버려지는 강판의 양을 보다 효과적으로 줄일 수 있기 때문이다. 자세한 것은 아래 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 스테이터 코어(20)를 제작하기 위한 분할 코어의 코어 낱장이 타발되는 형상을 나타낸 평면도이고, 도 11은 본 발명의 스테이터 코어(20)를 제작하기 위한 분할 코어를 결합하는 모습을 나타낸 평면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 스테이터 코어(20)는 얇은 폭을 갖는 선형의 모재 강판에 도 10의 형상, 즉 분할 코어 낱장(20a, 20b)이 포개져 있는 형태로 타발을 한다. 따라서, 버려지는 모재의 양을 효과적으로 줄일 수 있다. 이와 같은 분할 코어 낱장(20a, 20b)을 다수개 적층하여 분할 코어를 제조하고, 이 분할 코어를 굽힘(bending) 가공을 하여 도 11과 같은 형상을 갖도록 한다. 도 11과 같이 벤딩된 분할 코어(20c, 20d)를 결합하여 본 발명의 스테이터 코어(20)를 제작한다.
이와 같이, 본 발명의 모터는 종래 로터 코어에 적용되는 코어 강판이 적용되지 않는 동시에, 스테이터 코어에 적용되는 코어 강판의 손실을 최소한으로 줄일 수 있기 때문에, 종래의 모터에 비하여 제조 비용을 매우 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명은 본 발명의 이해를 위하여 예를 들어 설명한 것에 불과할 뿐, 본 발명의 범위를 정하는 것이 아님을 주의하여야 한다. 본 발명의 범위는 아래 첨부된 특허청구범위에 의하여 정하여지며, 이 범위 내에서 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 30, 40: 플라스틱 마그넷 회전자 20: 스테이터 코어
11, 31, 41: 내경부 12, 32, 42: 외경부
13, 33, 43: 오목 공간부 14, 35: 내측 돌출부
34: 상부 돌출부 36, 37: 테이퍼부
44: 제1 살빼기 공간 45: 보강 리브
46: 제2 살빼기 공간 50: 샤프트
51: 에이치컷 100: 로터
110: 로터 코어 120: 마그넷
200: 스테이터 코어

Claims (6)

  1. 스테이터 코어 및 회전자를 포함하는 모터에 있어서,
    상기 회전자는 전체가 플라스틱 마그넷으로 이루어진 플라스틱 마그넷 회전자이고, 상기 플라스틱 마그넷 회전자는
    샤프트를 감싸도록 형성되는 내경부, 상기 내경부의 외측에 상기 내경부의 높이보다 높게 형성되는 외경부 및 상기 내경부와 외경부 사이의 공간인 오목 공간부로 이루어지고,
    상기 플라스틱 마그넷 회전자는 상기 샤프트를 금형 내에 위치시킨 상태에서 플라스틱 마그넷을 성형하여 이루어지고,
    상기 외경부의 상부에 돌출되어 형성된 상부 돌출부가 최소한 두 개 이상 있는 것을 특징으로 하는 모터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 오목 공간부에 상기 내경부와 상기 외경부를 연결하는 내측 돌출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 상부 돌출부의 모서리 부위에 경사면 형상의 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
  5. 제2항에 있어서, 상기 내측 돌출부의 모서리 부위에 경사면 형상의 테이퍼부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스테이터 코어는 얇은 선형의 강판에 2열의 티스가 포개져 있는 상태로 타발하고, 타발된 강판을 적층한 분할 코어를 제작하고, 상기 분할 코어를 벤딩하고, 그리고 그리고 벤딩된 분할 코어를 연결하는 단계로 제조된 것을 특징으로 하는 모터.
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