KR20010003849A - 단상의 무정류자 전동기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네트와 대향하는 코어의 돌극을 서로 대칭적으로 형성하면서 각 돌극의 일측에는 자성체의 코깅발생수단이 구비되게 하여 구동력의 증대 및 조립공정의 간소화를 달성할 수 있도록 하는 단상의 무정류자 전동기에 관한 것으로서, 본 발명은 중앙부위를 관형상으로 상향 돌출시킨 홀더를 일체로 형성한 프레임과, 상기 홀더의 외주면에 접합되고, 축의 반경방향으로 아암을 방사상으로 구비하면서 상기 아암의 끝단부에는 원호형상으로 돌극이 형성되도록 한 평판의 철편을 다수 적층시켜 일체로 결합한 코어와, 상기 코어의 외측으로 연장시킨 복수의 상기 아암에 권선시킨 단상의 코일과, 상기 홀더의 내경부에 삽입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 샤프트와, 상기 샤프트의 상단부에 일체로 형성되며, 상부면의 외측단부를 하향 연장한 주연부의 내주면에는 상기 코어의 돌극과 균일한 공극을 이루도록 동심원의 내주면을 갖는 마그네트를 부착시킨 허브와; 상기 프레임의 상부면에서 상기 홀더의 외주연에 구비되어 상기 단상의 코일에 전원을 공급하는 기판 및 상기 돌극의 일측에 구비되며, 하단부는 상기 기판에 고정되고, 상기 코일의 끝단부가 각각 연결되는 자성체인 코깅발생수단으로 구비되도록 하여 전동기 구동시의 구동력을 최대로 증대시킬 수가 있도록 하는 동시에 공수 절감에 따른 생산성 향상과 제작원가가 절감될 수 있도록 하는데 특징이 있다.

Description

단상의 무정류자 전동기{A brushless motor of single phase}

본 발명은 마그네트와 대향하는 코어의 돌극을 서로 대칭적으로 형성하면서 각 돌극의 일측에는 자성체의 코깅발생수단이 구비되게 하여 구동력의 증대 및 조립공정의 간소화를 달성할 수 있도록 하는 단상의 무정류자 전동기에 관한 것이다.

일반적으로 HDD(하드 디스크 드라이버), FDD(플로피 디스크 드라이버), 쿨링 팬(cooling fan)등과 같은 소형의 정밀기기에서 디스크의 구동 또는 팬 구동을 위해 사용하게 되는 스핀들 모터는 그 종류가 매우 다양하다.

그중에서도 정밀제어가 필요치 않는 단순한 구동만을 목적으로 하는 쿨링 팬등에는 주로 저렴한 제작이 요구되는 무정류자 전동기를 채용하고 있다.

이러한 무정류자 전동기는 대개가 코어에 대해서 마그네트가 코어의 반경방향으로 구비되는 레이디얼 타입의 3상 구동방식이 대부분이나 최근에는 보다 구성을 간소화시키는 추세에 따라 구동방식을 단상 또는 2상으로 적용하는 경우도 점차 많아지고 있다.

도 1과 도 2는 이같은 종래의 쿨링 팬에 적용되는 단상의 무정류자 전동기를 도시한 것으로서, 저부에는 기기에 견고하게 고정되도록 하는 프레임(1)을 구비하고, 이 프레임(1)에는 중앙부위가 상향 돌출되게 하여 관형상의 홀더(1a)가 일체로 형성되도록 하며, 이 프레임(1)의 홀더(1a)에는 외주면에 다수의 철편을 적층시킨 코어(2)와 이 코어(2)에 권선시킨 코일(3)로 이루어지는 스테이터(stator)가 고정되도록 한다.

그리고 관형상으로 형성한 홀더(1a)의 내경부로는 캡형상으로 구비되는 허브(4)와 이 허브(4)에 일체로 연결되는 샤프트(5)로 이루어지는 로터(rotor)가 베어링에 의해 회전 가능하게 삽입되어 지지되도록 하며, 이때 허브(4)의 상부면의 외측단부를 하향 연장시킨 외주연부의 내주면에는 코어(2)의 단부와 소정의 공극(air gap)을 갖는 마그네트(4a)가 서로 마주보게 부착되도록 하고 있다.

또한 마그네트(4a)와 허브(4)의 내주면 사이에는 로터 요크(4b)가 개입되게 하여 허브(4)와 마그네트(4a)간으로 일정한 자속이 지날 수 있는 경로가 형성되도록 하며, 프레임(1)의 상부면측 홀더(1a)의 외주연부에는 기판(6)이 고정되면서 코어(2)에 권선시킨 코일(3)에 일정한 전원이 공급되도록 하고 있다.

특히 스테이터의 코어(2)에는 도 2에서와 같이 양측으로 서로 대응되게 원호형상의 주면을 갖는 돌극(2a)이 형성되도록 하고, 이 돌극(2a)간을 아암(2b)에 의해 일체로 연결되게 한 박판의 철편이 다수 적층되게 하므로서 이들이 서로 일체로 결합되도록 한 구성이며, 이 코어(2)의 아암(2b)에는 단상의 코일(3)이 권선된다.

한편 단상의 무정류자 전동기에서 코일(3)을 통해 유도되는 전류에 의해 발생하는 코어(2)에서의 자속과 이 코어(2)에 마주보게 구비되는 마그네트(4a)간에는 상호작용에 의해 도 3에서와 같은 토크 파형을 발생시키게 되는데 이때 코일에 의해 발생되는 토크에는 주기적으로 기동이 불가능하게 되는 불기동점(dead point)이 존재하게 된다.

이러한 불기동점의 제거를 위해서 종전에는 도 2에서와 같이 마그네트(4a)의 공극면에 대해 코어(2)의 돌극(2a)을 불균일하게 형성되게 하여 코어(2)에 의한 코깅 토크를 도 3에 도시한 바와같이 생성되도록 하고, 이러한 코일 토크와 코깅 토크에 의한 성분을 합성시키게 되면 불기동점이 제거된 합성 토크를 생성하게 되므로서 전동기의 구동성을 지속적으로 유지시킬 수 있도록 하였다.

한편 코일 토크와 코깅 토크의 상호 위상차는 일반적으로 45°부근의 전기각이 되도록 한다.

그러나 상기와 같은 불기동점의 제거를 위해서 코어(2)의 돌극(2a)을 마그네트(4a)의 공극면에 대해서 불균일하게 형성시키게 되면 코일(3)에 공급되는 전류에 대해서 구동력이 손실되는 문제가 있다.

즉 도 4에서와 같이 코어(2)의 돌극(2a)을 마그네트(4a)의 공극면에 대해서 불균일하게 형성시키게 되면 코일에 의한 토크의 발생시점이 보다 지연되면서 정상적인 전류 공급시의 토크 파형에 비해 일측으로 쏠린 토크 파형을 나타내게 된다.

이는 결국 초기에 공급되는 전류에 의해 발생시키게 되는 도면의 사선표시 부분(T1) 만큼의 동력손실을 초래하게 되므로서 전체적으로 전동기의 구동력을 저하시키게 되는 단점이 있다.

또한 전기한 전동기의 구조에서 코어(2)와 기판(6)의 조립을 위해서는 일단 코어(2) 및 기판(7)을 프레임(1)에 조립하기 전에 우선 코어(2)에 권선된 코일(3)의 끝단부를 기판(7)에 납땜으로 고정시켜야만 하고, 이렇게 납땜에 의해 연결시킨 코어(2)와 기판(7)을 프레임(1)에 동시에 조립하기가 매우 불편할 뿐만 아니라 조립시 코일(3)의 단선과 함께 납땜부위가 손쉽게 떨어져 나가게 되는 폐단이 속출되므로 대단히 조심스러운 조립작업이 필요로 되는 번거로움이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정 보완하기 위한 것으로서, 이를위해 본 발명은 마그네트의 공극면에 대해서 돌극을 균일하게 형성되도록 하여 코일에 의한 발생 토크의 왜형이 방지되게 하므로서 동력손실을 최소화하여 최상의 구동력이 발휘될 수 있도록 하는데 주된 목적이 있다.

또한 본 발명은 불기동점의 제거를 위한 코깅발생수단으로서 코어의 일측으로 기판에 자성체를 구비시키도록 하여 코일과 구동회로의 접속이 보다 손쉬우면서 조립 작업성이 향상되도록 하는데 다른 목적이 있다.

도 1 은 종래의 일반적인 단상의 무정류자 전동기를 도시한 측단면도,

도 2 는 도 1의 평단면도,

도 3 은 도 1의 구성에 의한 토크 파형도,

도 4 는 종래의 돌극과 마그네트간 공극의 불균일에 의해 왜형되는 토크 파형도,

도 5 는 본 발명에 따른 단상의 무정류자 모터를 도시한 분리 사시도,

도 6 은 도 4의 구성을 조립한 상태의 평단면도,

도 7 은 본 발명에 따른 토크 파형도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 프레임 11 : 허브

20 : 코어 21 : 아암

22 : 돌극 30 : 코일

50 : 허브 51 : 마그네트

70 : 코깅발생수단

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙부위를 관형상으로 상향 돌출시킨 홀더를 일체로 형성한 프레임과,

홀더의 외주면에 접합되고, 축의 반경방향으로 아암을 방사상으로 구비하면서 이 아암의 끝단부에는 원호형상으로 돌극이 형성되도록 한 평판의 철편을 다수 적층시켜 일체로 결합한 코어와,

코어의 외측으로 연장시킨 복수의 아암에 권선시킨 단상의 코일과,

홀더의 내경부에 삽입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 샤프트와,

샤프트의 상단부에 일체로 형성되며, 상부면의 외측단부를 하향 연장한 주연부의 내주면에는 코어의 돌극과 균일한 공극을 이루도록 동심원의 내주면을 갖는 마그네트가 형성되는 허브,

프레임의 상부면에서 홀더의 외주연에 구비되어 코일에 전원을 공급하는 기판,

돌극의 일측에 구비되며, 하단부는 기판에 고정되고, 기판에 연결되는 부위에 코일의 일단부가 접속되는 자성체의 코깅발생수단이 구비되도록 하는 구성이다.

즉 본 발명은 코어의 돌극과 마그네트간 공극이 균일하게 형성되도록 하면서 코깅을 발생시키기 위한 수단으로서 돌극의 일측에 별도로 자성체를 구비하되 이 자성체의 하단은 기판의 구동회로에 연결되고, 이 자성체에는 코어에 권선시킨 코일의 단부가 접속되도록 하는 것이 가장 두드러진 특징이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 단상의 무정류자 전동기의 실시예를 도시한 분리사시도로서, 저부에는 본 발명의 구성을 견고하게 지지하게 되는 프레임(10)을 구비하고, 이 프레임(10)에는 중앙부분이 관형상으로 소정의 높이만큼 상향 돌출되게 하여 홀더(11)가 일체로 형성되도록 한다.

그리고 이 홀더(11)의 외주면에는 복수개의 철편이 적층되어 일체로 구비되는 코어(20)가 접합되도록 하며, 이때의 코어(20)는 방사상으로 양측 또는 십자형상으로 아암(21)을 축의 반경방향으로 형성하고, 이 아암(21)의 끝단부에는 양측으로 수평연장시킨 원호형상으로 돌극(22)을 형성한 철편이 복수로 적층되게 하여서 되는 구성이다.

이러한 코어(20)의 아암(21)에는 각각 단상의 코일(30)이 권선되며, 이 단상의 코일(30)을 통해 외부로부터 입력되는 전원이 코어(20)에 유도되면서 자속이 형성된다.

또한 홀더(11)에는 베어링에 의해 회전 가능하게 샤프트(40)가 삽입되며, 이 샤프트(40)에는 캡형상의 허브(50)가 일체로 구비되고, 이때의 허브(50)는 상부면 중앙이 샤프트(40)의 상단부와 일체로 연결되도록 하면서 상부면의 외측단부를 하향 연장한 외주연부의 내주면에는 코어(20)의 돌극(22)과 서로 마주보게 하여 마그네트(51)가 부착되도록 한 구성이다.

한편 프레임(10)의 상부면에는 외부로부터 단상의 코일(30)에 전원이 공급될 수 있도록 유도하는 구동회로가 인쇄된 기판(60)이 구비되도록 한다.

상기와 같은 구성은 전술한 종전의 단상의 무정류자 전동기와 거의 유사하며, 단지 본 발명은 코어(20)의 돌극(22)과 마그네트(41)가 서로 동일한 공극을 갖도록 하면서 기판(60)에는 돌극(22)의 일측에 위치되게 하여 코깅발생수단(70)이 구비되도록 하는 것이다.

다시말해 도 6에서와 같이 코어(20)의 방사상으로 돌설되는 아암(21)의 끝단부로 형성되는 돌극(22)과 허브(50)측 마그네트(51)가 동심원을 갖는 원주를 갖는 형상으로 구비되게 하므로서 돌극(22)과 마그네트(51)간 공극이 균일하게 유지되는 구성이 되도록 하며, 기판(60)에는 돌극(22)의 일측으로 자성체의 코깅발생수단(70)이 구비되도록 하되 코깅발생수단(70)은 기판(60)에 결합되며, 코깅발생수단(70)이 결합되는 기판(60)에는 외부의 전원이 유도되는 구동회로가 연결되도록 하는 것이다.

한편 전술한 구성에서 코깅발생수단(70)은 기판(60)에 연결되는 하부에 비해 돌극(22)의 일측에 위치되는 상부가 돌극(22)과 동심원상의 원호형상을 갖는 마그네트(51)와 대향하는 보다 큰 단면적을 갖는 구성으로 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

위의 구성을 갖는 본 발명의 작용을 살펴보면 기판(60)을 통해서 입력되는 전원은 기판(60)에 인쇄되어 있는 구동회로를 따라서 코깅발생수단(70)을 통해 코일(30)에 전달되며, 다시 코일(30)을 통해 코어(20)에 유도되어 돌극(22)으로부터 자속이 발생된다.

이때 마그네트(51)에서도 허브(50)와의 사이에 로터 요크(52)를 개입시켜 자속이 형성되므로 이들 자속간 상호작용에 의해 전자기력이 발생되면서 허브(50)를 회전시키게 되는 것이다.

이와같이 외부로부터 입력되는 전원이 코일(30)에 유도되면서 발생하게 되는 코일 토크는 도 7의 제1파형과 같이 종전과 동일한 파형을 그리며, 코어(20)에 의해 발생되는 코깅 토크는 제2파형과 같다.

또한 본 발명에서는 돌극(22)의 일측으로 자성체의 코깅발생수단(70)을 구비하고 있으므로 이 코깅발생수단(70)에 의해서 발생되는 코깅 토크는 제3파형과 같으므로 이들 제1파형과 제2파형 및 제3파형의 성분을 합성시키게 되면 제4파형과 같은 합성 토크가 생성되므로 구동시의 불기동점이 완전 제거될 수가 있다.

이렇게 별도의 코깅발생수단(70)을 구비하여 불기동점을 제거하게 되면 종전과 같이 돌극(22)과 마그네트(51)간 공극의 불균일로 인해 발생되는 코일 토크의 왜형이 유발되지 않게 되므로 최대의 구동력을 안정적으로 유지시킬 수가 있게 되는 것이다.

한편 본 발명에서의 코깅발생수단(70)은 전동기를 조립시 프레임(10)에 우선 기판(60)을 조립한 후 이미 코일(30)이 권선되어 있는 코어(20)를 조립하면서 코일(30)의 양끝단을 기판(60)에 결합시킨 코깅발생수단(70)에 간단히 연결하여 납땜등에 의해서 견고하게 고정시키기만 하면 코어(20)와 기판(60)을 손쉽게 조립할 수가 있게 되므로 종전과 같이 조립전에 미리 코일을 기판에 납땜하여 연결한 후 이렇게 연결된 상태에서 동시에 조립함에 따른 조립 공정의 불편함을 해소시킬 수가 있게 된다.

이렇게 코깅발생수단(70)에 코일(30)을 연결시킬 수 있게 되는 원인은 기판(60)에 인쇄되는 구동회로에 코깅발생수단(70)의 하단이 결합되면서 접속되는 상태가 되므로서 가능해지는 것이다.

특히 전기한 바와같은 용이한 조립은 전동기 제작공정을 보다 신속하게 수행될 수 있도록 하는 결과를 낳게 된다.

그러므로 본 발명은 돌극과 마그네트간 균일한 공극을 이루게 되는 구성과 조립 작업성의 용이로 전동기 구동시의 구동력을 최대로 증대시킬 수가 있게 되는 동시에 공수 절감에 따른 생산성 향상과 원가절감이 기대되는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 중앙부위를 관형상으로 상향 돌출시킨 홀더를 일체로 형성한 프레임과;

   상기 홀더의 외주면에 접합되고, 축의 반경방향으로 아암을 방사상으로 구비하면서 상기 아암의 끝단부에는 원호형상으로 돌극이 형성되도록 한 평판의 철편을 다수 적층시켜 일체로 결합한 코어와;

   상기 코어의 외측으로 연장시킨 복수의 상기 아암에 권선시킨 단상의 코일과;

   상기 홀더의 내경부에 삽입되어 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 샤프트와;

   상기 샤프트의 상단부에 일체로 형성되며, 상부면의 외측단부를 하향 연장한 주연부의 내주면에는 상기 코어의 돌극과 균일한 공극을 이루도록 동심원의 내주면을 갖는 마그네트를 부착시킨 허브와;

   상기 프레임의 상부면에서 상기 홀더의 외주연에 구비되어 상기 단상의 코일에 전원을 공급하는 기판; 및

   상기 돌극의 일측에 구비되며, 하단부는 상기 기판에 고정되고, 상기 코일의 끝단부가 각각 연결되는 자성체의 코깅발생수단;

   으로 구비되는 단상의 무정류자 전동기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기의 코깅발생수단은

   상기 기판에 연결되는 하부에 비해 돌극의 일측에 위치되는 상부가 돌극과 동심원상의 원호형상을 갖는 마그네트와 대향하는 보다 큰 단면적을 갖는 구성으로 되는 단상의 무정류자 전동기.