KR20150044471A - 이탈 방지용 회전자, 이를 적용한 전동 모터, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이탈 방지용 회전자, 이를 적용한 전동 모터, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 이탈 방지용 회전자는, 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 갖는 이탈 방지용 회전자에 있어서, 원통 형태의 서스 링이 상기 회전자 코어의 외면에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원통형 형태의 서스 링을 적용함으로써 온도가 상승하더라도 영향이 미소하여 속도 및 출력을 증대할 수 있다.

Description

이탈 방지용 회전자, 이를 적용한 전동 모터, 및 이의 제조 방법{Rotator for preventing breakaway thereof, Eletric motor having the same, and Method for manufacturing the same}
본 발명은 환경 차량용 모터에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고속 회전시 회전자 자석 및/또는 회전자 코어의 이탈을 방지하는 구조를 갖는 이탈 방지용 회전자에 대한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 이탈 방지용 회전자를 적용한 모터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이러한 이탈 방지용 회전자를 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동 모터는 외부 고정자와 이 고정자의 내측 공간부에 구비되는 회전자로 구성되는데, 상기 회전자에 외측면에 영구자석을 포함하는 경우 영구자석의 포함방법에 따라 표면부착형, 내부삽입형, 일체형 등으로 구별할 수 있다.
상기 여러 형태의 회전자를 갖는 전동 모터에 있어서 그 최대 회전수는 영구자석의 표면장력에 의해 제한되는데, 표면 부착형, 내부 삽입형 일체형의 순서로 표면 장력이 크고 그에 따라 최대 회전수도 높아진다.
중
Figure pat00001
대형 전동 모터에서 상기 일체형 방식의 회전자를 제외한 나머지 방식의 회전자를 사용할 경우, 영구자석의 표면 장력의 크기는 일정한데 반하여 회전수가 높아짐에 따라 원심력의 크기는 계속하여 증가하게 된다.
이러한 증가된 원심력이 상기 표면 장력의 크기보다 커지는 회전속도 이상에서는 영구자석이 외부로 이탈된다는 문제점이 있었다.
이러한 이탈 문제를 해소하기 위해 회전자 코어 브릿지의 두께를 증가시키거나, 섬유 강화 복합 재질을 이용하는 방식 등이 제안되었다.
이중 섬유 강화 복합 재질을 이용하는 방식을 보여주는 도면이 도 1 및 도 2에 도시된다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 실형태로 회전자 코어(140)를 감싸는 방식이다. 즉, 샤프트(120)에 결합된 회전자 코어(140)의 외측을 실형태로 감겨진 복합재질 보호관을 이용하여 이탈 방지를 꾀한다. 이러한 복합 재질 보호관의 형태를 보여주는 도면이 도 2에 도시된다. 회전자 코어(140)에는 영구자석(130)이 설치되며, 도 1의 원(110)과 도시된 바와 같이 복합재질의 두께는 형상에서 약 0.5mm가 적용된다.
그런데, 이러한 회전자 이탈 방지 구조에 따르면, 복합 재질의 온도(보통 150도임)로 인해 한계가 있었다.
또한, 복합 재질을 실형태로 감아야 하므로 양산시 공정이 복잡하고 제작 시간이 많이 소요되었다.
또한, 환경 차량의 고속 주행 등에 따라 회전자가 고속으로 회전하게 되는데, 이때 회전자 원심력이 커지게 되므로 이탈 가능성이 상승한다. 따라서, 속도 상승에 한계가 있었다.
1. 한국공개특허번호 제10-2013-0035100호 2. 한국등록특허번호 제10-1189074호 3. 한국등록특허번호 제10-0274834호
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 온도가 상승하더라도 회전자로부터 회전자 코어 및/또는 영구자석의 이탈을 방지하는 이탈 방지용 회전자, 이를 적용한 전동 모터, 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 회전자의 회전 속도가 상승하더라도 사이징 감소로 중량이 저감되어 원심력을 적게 함으로써 회전자 코어 및/또는 영구자석의 이탈을 방지하는 이탈 방지용 회전자, 이를 적용한 전동 모터, 및 이의 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 온도가 상승하더라도 회전자로부터 회전자 코어 및/또는 영구자석의 이탈을 방지하는 이탈 방지용 회전자를 제공한다.
제 1 실시예에 따른 이탈 방지용 회전자는,
샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 갖는 이탈 방지용 회전자에 있어서,
원통 형태의 서스 링이 상기 회전자 코어의 외면에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 서스 링은 120℃ 내지 150℃에서 히팅 처리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 회전자 코어, 다수의 영구 자석 및 샤프트가 조립된 상태로 영하 20℃ 내지 30℃에서 쿨링 처리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 서스 링의 재질은 스테인레스 계열이며, 상기 서스 링의 두께는 1 내지 10mm인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 다수의 영구자석은 매입형 영구자석인 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 제 2 실시예에 따른 이탈 방지용 회전자는,
샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 가지며 상기 회전자 코어의 외면을 실형태의 복합재질 보호관으로 감싸는 이탈 방지용 회전자에 있어서,
다수의 철사를 샤프트, 회전자 코어, 다수의 영구 자석을 관통시켜 샤프트 외면부터 회전자 코어의 외면까지 일체형으로 고정하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 다수의 철사는 1 내지 2mm 두께인 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 제 3 실시예에 따른 이탈 방지용 회전자는,
샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 가지며 상기 회전자 코어의 외면을 실형태의 복합재질 보호관으로 감싸는 이탈 방지용 회전자에 있어서,
다수의 축방향 보강재가 일정 간격을 두고 상기 복합 재질 보호관의 외면에 권선되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 추가적으로 상기 회전자 코어를 관통하여 설치되는 볼팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 위에서 기술된 이탈 방지용 회전자; 및 상기 회전자가 내삽되는 고정자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 모터를 제공한다.
또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 서스 링을 히팅 처리하는 단계; 상기 서스 링없이 회전자 코어, 다수의 영구자석 및 샤프트가 결합된 회전자 상태로 쿨링 처리하는 단계; 및 상기 회전자에 히팅 처리 중인 서스링을 끼워 삽입하는 단계; 서스링이 삽입된 상태에서 상기 회전자를 일정시간 동안 냉각시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 제조 방법을 제공한다.
이때, 상기 서스 링의 히팅 처리 온도는 120℃ 내지 150℃인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 쿨링 처리의 온도는 영하 20℃ 내지 30℃인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 원통형 형태의 서스 링을 적용함으로써 온도가 상승하더라도 영향이 미소하여 속도 및 출력을 증대할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 원통형 형태의 서스 링을 적용함으로써 코어 브릿지 두께를 동일하게 유지하거나 작게 유지하므로 사이징 감소로 중량이 저감되어 원심력이 적게 되어 고속에서도 회전자 코어 및/또는 영구자석의 이탈 가능성이 낮아지는 점을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 원통형 형태의 서스 링을 적용함으로써 조립 및 제작이 용이하다는 점을 들 수 있다.
도 1은 일반적으로 섬유 강화 복합 재질을 적용한 회전자 이탈 방지 구조를 보여주는 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합 재질 보호관의 형상을 보여주는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원통 형태의 서스 링의 형상 구조이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 원통 형태의 서스 링에 가는 철사를 이용하여 회전자 코어, 영구자석 및 샤프트를 일체형으로 고정하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 원통 형태의 서스 링에 축방향 보강재를 삽입하여 고정하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 서스 링을 회전자에 조립 제조하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 이탈 방지용 회전자 및 이를 적용한 전동 모터에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 원통 형태의 서스 링의 형상 구조이다. 도 3을 참조하면, 원통 형태의 서스 링(300)이 미리 제조되어 회전자 코어의 외면에 삽입되는 구조이다. 회전자의 외면에 조립되기 전에 서스 링(300)은 120℃ 내지 150℃에서 히팅 처리된다.
또한, 상기 서스 링(300)의 재질은 스테인레스 계열이 사용되며, 특히 sus 304, Inconel718 등이 사용될 수 있다. sus304의 경우 항복 강도는 최대 210MPa가 되며, Inconel718의 경우 항복 강도는 최대 1.1GPa가 된다. 즉, 코어 브릿지 두께는 동일하게 하거나 작게 하면서도 속도를 증가시키기 위해 이탈 방지용 스틸 계열 링을 조립 사용된다.
또한, 상기 서스 링(300)의 두께는 약 1 내지 10mm 정도이나, 회전자 코어의 외경 및 모델별로 차이가 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 실형태로 감겨진 복합 재질 보호관의 이탈 방지 구조에 가는 철사를 이용하여 회전자 코어, 영구자석 및 샤프트를 일체형으로 고정하는 개념도이다. 도 4를 참조하면, 철사(360)를 샤프트(320)와, 상기 샤프트(320)에 결합되는 회전자 코어(340)와, 상기 회전자 코어(340)에 삽입되는 다수의 영구 자석(330)을 관통시켜 샤프트(320)의 외면부터 회전자 코어(340)의 외면까지 일체형으로 고정한다.
물론, 앞서 기술한 바와 같이, 회전자 코어(340)의 외면은 복합 재질 보호관이 감싸게 된다.
철사(360)는 가는 두께로 약 1~2mm이 정도가 사용된다. 도 4에서는 4개의 철사(360)를 90도마다 설치하여 조립하고 있으나, 자석의 극수에 따라 형상 및 고정 개수는 다를 수 있다. 즉, 축 방향으로 여러 개의 포인트 적용이 가능하다.
또한, 상기 다수의 영구자석(360)은 매입형 영구자석이 사용된다.
이러한 회전자는 고정자(350)에 내삽된다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 실형태로 감겨진 복합 재질 보호관의 이탈 방지 구조에 축방향 보강재를 삽입하여 고정하는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 회전자는 다수의 강판이 적층되는 회전자 코어(340)와, 이 회전자 코어(340)에 삽입 설치되는 다수의 영구자석(330)과, 회전자 코어(340)의 양단에 조립되는 엔드 플레이트(520) 등으로 구성된다.
이 경우, 2개의 축방향 보강재(510)가 일정 간격을 두고 회전자 코어(340)의 외면을 감싸도록 구성된다.
물론, 이 경우에도 복합 재질 보호관이 회전자 코어(340)의 외면에 권선된다.
또한, 추가적으로 상기 회전자 코어(340)를 관통하여 설치되는 볼팅부(530)가 더 구성된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 서스 링을 회전자에 조립 제조하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 서스 링(300)을 약 120℃ ~ 150℃ 정도에서 히팅 처리(heating)한다(단계 S610).
서스 링(300)이 없는 회전자(즉 회전자 코어, 영구자석, 및 샤프트가 조립된 상태)상태로 시험용 아이스박스에 넣고 회전자(회전자 코어 + 영구자석 + 샤프트)를 영하 20℃ ~ 30℃로 쿨링 처리(cooling)한다(단계 S620).
회전자(회전자 코어 + 영구자석 + 샤프트)를 지그(미도시)에 장착하여 세워놓은후, 히팅(heating)된 서스 링(300)을 슬라이딩 지그를 활용하여 회전자에 조립하면서 끼운다(단계 S630,S640).
일정시간이 지나면 히팅(heating)된 서스 링(300)이 냉각되면서 억지끼움 형태로 회전자에 열박음 처리된다(단계 S650).
서스 링(300)이 회전자 코어의 외면에 단단히 고정되어 고속 회전시에도 회전자 코어 또는 영구자석의 이탈없이 속도 상승이 가능하다.
300: 서스 링
320: 샤프트
330: 영구자석
340: 회전자 코어
350: 고정자
360: 철사
510: 축방향 보강재
520: 엔드 플레이트
530: 볼팅부

Claims (14)

  1. 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 갖는 이탈 방지용 회전자에 있어서,
    원통 형태의 서스 링이 상기 회전자 코어의 외면에 삽입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서스 링은 120℃ 내지 150℃에서 히팅 처리되는 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전자 코어, 다수의 영구 자석 및 샤프트가 조립된 상태로 영하 20℃ 내지 30℃에서 쿨링 처리되는 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 서스 링의 재질은 스테인레스 계열이며, 상기 서스 링의 두께는 1 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 영구자석은 매입형 영구자석인 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  6. 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 가지며 상기 회전자 코어의 외면을 실형태의 복합재질 보호관으로 감싸는 이탈 방지용 회전자에 있어서,
    다수의 철사를 샤프트, 회전자 코어, 다수의 영구 자석을 관통시켜 샤프트 외면부터 회전자 코어의 외면까지 일체형으로 고정하는 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다수의 철사는 1 내지 2mm 두께인 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  8. 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되는 회전자 코어와, 상기 회전자 코어에 삽입되는 다수의 영구 자석을 가지며 상기 회전자 코어의 외면을 실형태의 복합재질 보호관으로 감싸는 이탈 방지용 회전자에 있어서,
    다수의 축방향 보강재가 일정 간격을 두고 상기 복합 재질 보호관의 외면에 권선되는 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전자 코어를 관통하여 설치되는 볼팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이탈 방지용 회전자.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 이탈 방지용 회전자; 및
    상기 회전자가 내삽되는 고정자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 모터.
  11. 서스 링을 히팅 처리하는 단계;
    상기 서스 링없이 회전자 코어, 다수의 영구자석 및 샤프트가 결합된 회전자 상태로 쿨링 처리하는 단계; 및
    상기 회전자에 히팅 처리 중인 서스링을 끼워 삽입하는 단계;
    서스링이 삽입된 상태에서 상기 회전자를 일정시간 동안 냉각시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전자 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 서스 링의 히팅 처리 온도는 120℃ 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 회전자 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 쿨링 처리의 온도는 영하 20℃ 내지 30℃인 것을 특징으로 하는 회전자 조립 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 서스 링의 재질은 스테인레스 계열인 것을 특징으로 하는 회전자 제조 방법.
KR20130123184A 2013-10-16 2013-10-16 이탈 방지용 회전자, 이를 적용한 전동 모터, 및 이의 제조 방법 KR20150044471A (ko)

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