KR20150040610A - 모터의 회전자 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

자속 누설을 최소화할 수 있도록 하는 모터의 회전자 및 그 제조방법을 개시한다.
모터의 회전자는 비자성체로 마련되는 원통형상의 지지부재와, 지지부재에 결합되며 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 일체형 철심과, 철심 사이에 배치되는 다수의 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모터의 회전자 및 그 제조방법{ROTOR OF MOTOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 모터의 회전자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 회전자 내경부위로 누설 자속의 경로를 차단하여 효율을 극대화 시킬 수 있도록 개선된 모터에 관한 것이다.

모터는 전기에너지로부터 회전력을 얻는 기계로서, 스테이터와 로터를 구비한다. 로터는 스테이터와 전자기적으로 상호 작용하도록 구성되고, 자기장과 코일에 흐르는 전류 사이에서 작용하는 힘에 의해 회전한다.

자계를 발생시키기 위해 영구자석을 사용하는 영구자석 모터는 표면 부착형 영구자석 모터(surface mounted permanent magnet motor), 매입형 영구자석 모터(interior type permanent magnet motor), 스포크형 영구자석 모터(spoke type permanent magnet motor)로 구분될 수 있다.

이 중 스포크형 영구자석 모터는 구조적으로 자속 집중도가 높기 때문에 고 토크, 고 출력을 발생시킬 수 있으며, 동일 출력에 대해 모터를 소형화할 수 있다는 장점을 가진다. 스포크형 영구자석 모터는 고 토크, 코 출력 특성이 요구되는 세탁기 구동모터나 전기자동차 구동모터에 적용될 수 있다.

일반적으로 스포크형 영구자석 모터의 로터는 회전축을 중심으로 방사 형태로 배치되는 영구자석들과, 영구자석들을 지지하고 자속의 통로를 형성하도록 마련되는 몸체를 구비한다. 몸체는 각 영구자석들 사이에 배치되는 코어들과, 회전축과 영구자석들 사이에서 위치되고 각 코어들과 연결되는 원통형의 지지대를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 스포크형 영구자석 모터에서는 자속의 일부가 로터 몸체의 원통형 지지대를 통해 회전축 쪽으로 누설될 수 있다. 누설 자속이 증가하면 동일 출력의 모터에 대해 영구 자석의 사용량이 증가하므로 재료비나 모터를 소형화하는 측면에서 불리하다.

한편, 스포크형 영구자석 모터에서는 로터의 코어와 지지대가 연결되는 부분이 구조적으로 약해 고속 회전 시에 원심력으로 인해 로터의 코어가 변형되거나 파손되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 일 측면은 자속 누설을 최소화할 수 있도록 하는 모터의 회전자 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명의 다른 측면은 자속 누설을 줄여 그 성능을 향상시키고 제조를 용이하게 하는 모터의 회전자 및 그 제조방법을 개시한다.

본 발명 실시예에 따른 모터의 회전자는 비자성체로 마련되는 원통형상의 지지부재와, 상기 지지부재에 결합되며 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 일체형 철심과, 상기 철심 사이에 배치되는 다수의 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 철심은 프레스 금형에 의해 타발되고, 밴딩되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 철심에 일체로 형성되는 제1결합부와, 상기 제1결합부에 결합되도록 상기 지지부재의 외주면에 형성되는 제2결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1결합부는 후크인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1결합부와 제2결합부는 단면이 도브테일 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명 실시예에 따른 모터의 회전자 제조방법은 회전자의 철심을 금형을 통해 타발하고, 상기 철심을 원형으로 밴딩하고, 상기 각 철심 사이에 영구자석을 결합하고, 비자성체로 형성되는 원통형상의 지지부재 외면에 상기 철심을 방사형으로 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 철심에 일체로 형성되는 후크 형상의 제1결합부와, 상기 지지부재의 외주면에 상기 제1결합부에 대응하여 결합되도록 형성되는 제2결합부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1결합부와 제2결합부는 단면이 도브테일 형상인 것을 특징으로 한다.

모터 회전자는 각 영구자석의 내측 단부를 지지하는 지지부재가 비자성체로 이루어지기 때문에 지지부재를 통한 자속의 흐름을 차단할 수 있어 지지부재를 통한 자속 누설을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 자속 누설을 줄이는 만큼 출력을 높일 수 있으므로 회전자 크기를 줄일 수 있고, 사용하는 영구자석의 수도 줄일 수 있게 되므로 제조비용도 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 구성을 나타내는 단면도,
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 고정자를 나타내는 사시도,
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 회전자를 나타내는 사시도,
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 회전자의 철심을 나태는 사시도,
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 회전자의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 모터의 고정자를 나타내는 사시도이며, 도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 모터의 회전자를 나타내는 사시도이고, 도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 회전자의 철심을 나태는 사시도이며, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 회전자의 일부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5 에 도시된 바와 같이, 모터(1)는 외관을 형성하는 모터 하우징(10)을 포함한다. 모터 하우징(10)은 모터(1)의 축 방향으로 분리된 제1하우징(10a)과 제2하우징(10b)을 포함하여 구성될 수 있다. 모터 하우징(10)의 내부에는 고정자(20)와 회전자(30)가 배치된다.

고정자(20)는 모터 하우징(10)에 고정되고, 회전자(30)는 고정자(20)와 전자기적으로 상호 작용하여 회전하도록 구성된다. 회전자(30)는 고정자(20)의 내부에서 회전하도록 배치될 수 있다.

회전자(30)에는 회전자(30)와 함께 회전하도록 모터축(12)이 삽입된다. 모터축(12)의 일측은 베어링(11)을 통해 제1하우징(10a)에 회전 가능하게 지지되고, 모터축(12)의 타측은 베어링(11)을 통해 제2하우징(10b)에 회전 가능하게 지지된다. 모터축(12)의 일측 단부는 제1하우징(10a)에 형성된 개구(13)를 통해 모터 하우징(10)의 외부로 돌출된다.

고정자(20)는 고정자 바디(21), 제1인슐레이터(22a), 제2인슐레이터(22b), 코일(24)을 포함하여 구성된다.

고정자 바디(21)의 중앙부에는 회전자(30)를 수용하기 위한 공간이 형성된다. 회전자 수용부(23)의 주위에는 회전자(30)의 원주 방향을 따라 고정자 코어(25)들이 배열된다. 고정자 코어(25)들은 회전자 수용부(23)로부터 방사상으로 연장된다.

고정자 바디(21)는 프레스 가공된 철판을 적층하여 형성할 수 있다.

또, 고정자 코어(25)들은 원주방향으로 간격을 두고 배치되어 고정자 코어(25)들 사이에는 고정자 슬롯(26)들이 형성된다. 고정자 코어(25)들에 코일(24)이 권선됨에 따라 고정자 슬롯(26) 들에는 코일(24)이 수용된다.

제1인슐레이터(22a)와 제2인슐레이터(22b)는 전기적 절연성을 가지는 재질로 형성되고, 축방향에 대해 고정자 바디(21)의 양측에 각각 배치된다. 제1인슐레이터(22a)와 제2인슐레이터(22b)는 고정자 코어(25)를 덮도록 고정자 바디(21)의 양측에 각각 결합된다.

코일(24)은 제1인슐레이터(22a)와 제2인슐레이터(22b)가 고정자 바디(21)에 결합된 상태에서 고정자 코어(25) 제1인슐레이터(22a)와 제2인슐레이터(22b)의 코일 지지부(27)에 걸쳐 권선된다.

고정자 바디(21)에는 고정자 바디(21)를 축방향으로 관통하는 삽입공(28)들이 형성될 수 있다. 삽입공(28)들에는 고정자 바디(21)를 이루는 각 플레이트들을 결합시키기 위한 핀, 리벳 또는 볼트 등의 체결부재(미도시)가 삽입된다.

회전자(30)는 고정자 바디(21)의 회전자 수용부(23)에 배치되도록 마련되는 철심(31)과, 철심(31) 사이에 배치되는 다수의 영구자석(32)과, 비자성체로 마련되는 지지부재(50)를 포함한다.

회전자(30)는 축방향으로 철심(31)의 양측에 각각 마련되는 커버 플레이트(33)를 포함하여 구성될 수 있으며, 커버 플레이트(33)의 중앙에는 모터축(12)을 수용할 수 있도록 축 수용구(33a)가 형성된다.

커버 플레이트(33)는 축방향으로 영구자석(32)의 외측을 덮도록 배치되어 영구자석(32)이 축방향으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.

철심(31)은 규소 강판을 프레스 금형에 의해 타발하여 형성되는 일체형 판재를 적층하여 구성될 수 있다.

철심(31)은 회전 중심으로부터 외측 방향으로 갈수록 그 폭이 점차 확장되는 부채꼴 형태의 회전자 코어(31a)들과, 각각의 회전자 코어(31a)들을 연결하도록 외측 단부에 형성되는 연결부(31b)를 포함한다.

회전자 코어(31a)를 연결하는 연결부(31b)는 환형으로 형성되며 철심(31)의 외측 둘레를 형성할 수 있다. 코어(31a)의 내측 단부에는 돌출 형성되는 제1결합부(61)가 마련될 수 있다.

이러한 철심(31)의 회전자 코어(31a)들은 영구자석(32)들을 지지하며, 영구자석(32)으로부터 발생되는 자석의 통로(자로)를 형성한다. 회전자 코어(31a)들은 회전자(30)의 원주 방향을 따라 배열되고, 각각의 회전자 코어(31a)는 영구자석(43)들을 수용할 수 있도록 이격되어 배치된다.

회전자 코어(31a)의 사이, 즉 철심(31)의 내부에는 영구자석(32)들이 삽입된다. 영구자석(32)들은 모터축(12)을 중심으로 방사상으로 위치되도록 회전자(30)의 원주 방향을 따라 배열된다. 본 실시예에서 영구자석(32)은 10개가 배열되는 것을 예를 들어 도시하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 영구자석의 수는 변경될 수 있다.

영구자석(32)은 페라이트 자석이거나 네오디움(Neodymium)이나 사마륨(Samarium)과 같은 희토류를 포함하는 자석일 수 있다.

지지부재(50)는 자속의 흐름을 차단할 수 있도록 비자성 재료로 형성된다. 지지부재(50)는 원통 형상으로 형성되며, 그 외면에는 회전자 코어(31a)의 제1결합부(61)들을 결합시킬 수 있도록 제2결합부(62)가 형성된다.

제2결합부(62)는 모터축(12)의 길이방향으로 길게 연장되어 형성되며, 철심(31)의 제1결합부(61)와 결합될 수 있도록 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

제2결합부(62)는 지지부재(50)의 사출 성형시 일체로 형성될 수 있다.

제1결합부(61)는 후크 형상으로 형성되며, 제1결합부(61)에 결합되도록 마련되는 제2결합부(62)는 후크홈으로 형성될 수 있다.

따라서, 철심(31)의 제1결합부(61)를 지지부재(50)의 제2결합부(62)에 삽입하여 끼움 결합할 수 있다.

본 실시예에서 제1결합부(61)와 제2결합부(62)는 후크와 후크 홈인 것을 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 제1결합부(61)와 제2결합부(62)는 그 결합부의 단면이 도브테일 형상으로 형성될 수 있다.

이러한 회전자(30)는 각 철심(31) 사이에 영구자석(32)이 마련될 수 있고, 영구자석(32)의 내측 단부를 지지하는 지지부재(50)가 비자성체로 형성되기 때문에 지지부재(50)를 통한 모터축(12) 중심으로의 자속 흐름을 차단할 수 있어 자속 누설을 최소화할 수 있다. 따라서, 회전자(30)를 설치하는 모터(1)는 그만큼의 출력을 높일 수 있게 되므로 회전자(30) 크기를 줄일 수 있다. 또한 영구자석(32)의 개수를 줄일 수 있게 되므로 원가절감과 그에 따른 제조비용을 줄 일 수 있다.

모터(1)의 회전자(30)를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

회전자(30)의 제조를 위해 각각 별도의 공정을 통해 지지부재(50)와 다수의 철심(31)을 제조하고, 지지부재(50)와 철심(31)을 결합한다.

이때, 철심(31)은 금형을 통해 타발하여 일체형의 판 형상으로 형성하고, 밴딩하여 마련한다.

이렇게 마련된 철심(31)은 다수개가 적층되어 마련되며, 원형의 지지부재(50)에 결합된다.

이때, 철심(31)의 양 끝단부는 용접을 하여 고정할 수 있다.

이러한, 일체형 철심(31)은 회전자 코어(31a)와 각각의 회전자 코어(31a)를 연결하는 연결부(31b)를 포함하고, 연결부(31b)는 영구자석(32)을 안정적으로 지지하여 회전자(30)의 강성을 향상시킬 수 있다.

또, 철심(31)과 지지부재(50)는 후크 형상의 제1결합부(61)와 제2결합부(62)를 결합하여 연결시킴으로써 간단하게 결합할 수 있어, 조립성을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 이해를 위해 그 실시예를 기술하였으나, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명은 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 변경 및 대체될 수 있다.

1 : 모터 10 : 모터 하우징
12 : 모터축 20 : 고정자
21 : 고정자 바디 23 : 회전자 수용부
24 : 코일 25 : 고정자 코어
26 : 고정자 슬롯 30 : 회전자
31 : 철심 31a : 회전자 코어
31b : 연결부 32 : 영구자석
50 : 지지부재 61, 62 : 제1,2 연결부

Claims (7)

1. 비자성체로 마련되는 원통형상의 지지부재와,
   상기 지지부재에 결합되며 회전 중심을 기준으로 방사형으로 배치되는 일체형 철심과,
   상기 철심 사이에 배치되는 다수의 영구자석과,
   상기 철심에 마련되는 제1결합부와,
   상기 제1결합부에 결합되도록 상기 지지부재의 외주면에 마련되는 제2결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 철심은 프레스 금형에 의해 타발되고, 밴딩되어 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1결합부는 후크 인 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1결합부와 제2결합부는 단면이 도브테일 형상인 것을 특징으로 하는 모터의 회전자.
5. 회전자의 철심을 금형을 통해 타발하고,
   상기 철심을 원형으로 밴딩하고,
   상기 각 철심 사이에 영구자석을 결합하고,
   비자성체로 형성되는 원통형상의 지지부재 외면에 상기 철심을 방사형으로 결합하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 철심에 일체로 형성되는 후크 형상의 제1결합부와,
   상기 지지부재의 외주면에 상기 제1결합부에 대응하여 결합되도록 형성되는 제2결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 제조방법.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1결합부와 제2결합부는 단면이 도브테일 형상인 것을 특징으로 하는 모터의 회전자 제조방법.

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