KR20160087872A

KR20160087872A - 전기 모터

Info

Publication number: KR20160087872A
Application number: KR1020167016251A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 덱세; 위베르 푸앵소
Original assignee: 소씨에떼 엥뒤스트리엘 드 송쎄보 에스아
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-07-22
Also published as: CN105830320A; EP3072225A1; EP2874291B1; WO2015074940A1; EP3072225B1; JP2016537952A; EP2874291A1; US20160294228A1

Abstract

본 발명은 다수의 회전자 폴을 형성하는 자화된 부분(3)을 포함하는 회전자(2)와, 자기 회로를 형성하는 자기 전기자(6)와 다수의 코일(8)을 포함하는 고정자를 포함하는 전기 모터에 관한 것이다. 코일 각각이 자기 전기자에 고정된 자성 물질로 만든 부착된 부분의 형태의 코일 코어(14)를 포함하며, 코일 코어가 고정자의 자기 폴을 형성하는 톱니부를 포함하며, 톱니부가 축방향으로 연장하는 연장부(16a, 16b)를 포함하며, 톱니부의 높이(H')와 코일의 높이(H)가 회전자의 자화된 부분의 높이(H")와 비교가능하다.

Description

전기 모터{ELECTRIC MOTOR}

본 발명은 예를 들어 의료 장치의 분야에서의 어플리케이션용 전기 모터와 특히 평면 모터에 관한 것이다.

평면 전기 모터는 예를 들어 특허 공개 및 특허 출원 US5708406, US8084913, EP1482626 US2010/0314962에 기술되어 있다. 코일 코어가 부착된 자기 전기자를 갖은 모터는 예를 들어 US2009/0001824, US2002/0135243, JP2002-315295A 또는 JP2011-223776A에 공지되고 기술되어 있다.

종래 평면 모터의 토크 밀도는 약간의 어플리케이션에 대해서 불충분하고/또는 모터는 제조함에 있어서 고가이고/또는 신뢰성이 불충분하다.

본 발명의 목적은 콤팩트하고, 효율적이고 신뢰성 있는 전기 모터를 제공하는 것이다.

평면 전기 모터의 크기를 위해서 평면 모터에 고 토크 밀도를 제공하는 것이 유리하다.

고효율 전기 모터를 제공하는 것이 유리하다.

제조가 저렴한 전기 모터를 제공하는 것이 유리하다.

본 발명에 있어서, 전기 모터를 기술하며, 전기 모터는 다수의 회전자 폴을 형성하는 자화된 부분을 포함하는 회전자와, 자기 회로를 형성하는 자기 전기자와 다수의 코일을 포함하는 고정자를 포함한다. 각 코일은 자기 전기자에 고정된 자성 물질로 만든 개별로 미리성형된 부분의 형태의 코일 코어를 포함한다. 코일 코어는 고정자의 자기 폴을 형성하는 톱니부를 포함하며, 톱니부는 회전자의 축에 평행한 축방향으로 연장하는 연장부를 포함한다. 톱니부의 높이와 코일의 높이는 같거나 회전자의 자화된 부분의 높이와 거의 같다.

본 발명의 제1양태에 따라서, 인접 코일 폴 사이의 거리는 코일의 최대폭보다 적다.

본 발명의 제2양태에 따라서, 자기 전기자뿐만 아니라 코일 코어는 금속 시트로 형성되어 절단되어 있으며, 금속 시트의 주 평면은 회전자의 회전 축선에 수직이며, 톱니부의 연장부는 주 평면의 어느 측면 상에서 직각으로 접혀져 있다.

본 발명의 제3양태에 따라서, 코일의 코어의 축방향 두께는 코일의 권선부분(구리 또는 다른 전도 물질로 만든 부분)의 축선 두께의 절반보다 적다.

본 발명의 제4양태에 따라서, 코일은 자기 전기자의 리세스내에 축방향으로 자기 코어에 조립되며, 코일 지지부의 플랜지는 축 및 방사 방향(방사 방향은 축방향에 직각인 평면임)으로 자기 전기자내에 코일을 위치설정하도록 리세스의 에지 부분과 협력한다.

양호한 실시 예에서, 톱니부의 자유 단부는 톱니부의 중앙 부분보다 작은 폭을 가진다.

양호한 실시 예에서, 자기 회로의 외접원(circumscribed circle )의 직경과 회전자의 자기화된 부분의 높이의 비는 3보다 크다.

양호한 실시 예에서, 자기 톱니부의 높이와 자기 전기자의 주 부분의 두께의 비는 3보다 크다.

한 실시 예에서, 모터는 고정자에서 2 상(phases)을 가지며 두 개의 코일과 8개의 자기 폴을 가진다.

한 실시 예에서, 모터는 고정자에서 2 상(phases)을 가지며 4 개의 코일과 8개의 자기 폴을 가진다.

한 실시 예에서, 모터는 고정자에서 3 상(phases)을 가지며 3 개의 코일과 9개의 자기 폴을 가진다.

양호한 실시 예에서, 고정자의 자기 폴 쌍의 수는 회전자의 자기 폴 쌍의 수보다 크다.

양호한 실시 예에서, 코일 코어와 전기 터미널은 코일 지지부에 오버몰드(overmold)되어 있다.

본 발명의 다른 목적과 장점은 도면을 참고로 본 발명의 실시 예의 아래의 상세한 설명 및/또는 청구범위를 보면 보다 명백해질 것이다.

도 1a는 본 발명에 따른 모터(하우징 없이 도시함)의 제1실시 예의 사시도이다;
도 1b는 도 1a의 모터의 평면도이다;
도 1c 및 1d는 제각기 도　1b의 선 Ic-Ic 및 Id-Id의 단면도이다;
도 1e는 회전자 없는 제1실시 예(하우징 없이 도시함)의 사시도이다;
도 1f는 도 1e의 부분의 사시 상세도이다;
도 2a는 본 발명에 따른 모터(하우징 없이 도시함)의 제2실시 예의 사시도이다;
도 2b는 도　2a의 모터의 평면도이다;
도 2c 및 2d는 제각기 도　2b의 선 IIc-IIc 및 IId-IId의 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 모터(하우징 없이 도시함)의 제3실시 예의 사시도이다;
도 3b는 도 3a의 모터의 평면도이다;
도 3c 및 3d는 제각기 도　3b의 선 IIIc-IIIc and IIId-IIId의 단면도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 모터는 회전자(2)와 코일(8)과 자기 전기자(6)를 포함하는 고정자(4)를 포함한다. 회전자는 다수의 회전자 폴을 형성하는 자화된 부분(3)을 포함한다. 회전자는 축방향을 이루는 축 둘레로 회전한다. 도 1a-1f는 고정자에 2개의 코일과 8개의 자기 폴을 포함하는 2 상 모터를 도시한다. 도 2a-2d는 고정자에 4개의 코일과 8개의 자기 폴(4쌍)을 포함하는 2 상 모터를 도시한다. 본 실시 예는 한 편으로는 2개의 코일을 가진 고정자에 비해서 증가된 성능을 제공하고, 절단되고 접혀진 금속 시트로서 해결하고자 하는 경우, 자기 전기자의 금속 시트를 절단하기 위해 보다 큰 공간을 제공하기 때문에 매우 양호하다. 도 3a-3d는 고정자에 3개의 코일과 9개의 자기 폴을 포함하는 3 상 모터를 도시한다. 도 1a-1d에 나타나는 참고 번호는 또한 도 2a-2d와 도 3a-3d의 대응 특정구성에서도 적용가능 하다.

회전자의 자화된 부분은 톱니 형성 폴을 포함하는 자성 물질로 만든 바디에 커플링된 축방향 자석을 포함할 수 있다. 용어 "자성 물질"는 연철, 페라이트, 또는 전자석 트랜스듀서 또는 모터의 자기 회로에 사용되는 다른 재료와 같은 높은 투자율을 갖은 물질을 의미하는 것으로 이해된다.

변경 예에서, 회전자의 자화된 부분은 북/남 자화를 교대로 하는 원주 섹터를 갖은 링 자석의 형태일 수 있거나 또는 자석, 예를 들어 소결된 NdFeB로 만든 자석이 부착된 링의 형태일 수 있다.

고정자는 회전자의 폴의 수와 동일하거나 다를 수 있는 다수의 고정자 폴(12)을 포함한다. 폴은 자기 폴 쌍을 형성할 수 있다. 양호한 실시 예에서, 고정자의 자기 폴의 수는 회전자의 자기 폴의 수보다 크다. 예를 들어, 회전자의 폴 쌍의 수는 3 또는 5일 수 있고 고정자의 폴의 수는 8 또는 9일 수 있다. 소형 모터를 위해서, 회전자의 폴의 3쌍은 놀랍게도 회전자의 폴의 5쌍보다 더 좋은 결과를 낸다. 고정자의 자기 전기자(6)는 양호하게 전체적으로 평탄한 형상을 가질 수 있으며, 평탄 형상의 주 평면(M)은 회전 축선(A)에 실질적으로 수직으로 방위설정된다. 평탄 형상의 주변은 회전자의 자화된 부분과 코일을 둘러싸는 폐쇄된 자기 회로를 이룰 수 있다.

양호한 실시 예에서, 자기 전기자는 적어도 제1부분(6a) 및 제2부분(6b)을 포함하는 몇 개의 조립된 부분을 포함한다. 제1부분과 제2부분은 양호하게 스탬프된 금속 시트로부터 만들 수 있다. 도시한 실시 예에서, 양 부분(6a, 6b)은 대향 방위로 조립되도록 구성된 동일한 형상이므로, 툴링 및 제조 비용을 감소한다. 금속 시트의 외부 에지상의 보충 중공체에 수용된 접혀진 태브(26)는 금속 시트를 함께 위치 및/또는 고정가능 하게 할 수 있게 한다. 변경 예에서, 금속 시트를 함께 위치시키고 고정하기 위한 종래 알려진 다른 방법, 예를 들어, 클립핑(clipping), 부분 절단, 본딩 또는 용접이 사용될 수 있다. 고정자는 회전자 둘레에 원주방향으로 분포되고 공기 갭에 의해 회전자의 표면으로부터 떨어진 톱니부(20)를 포함한다. 톱니부는 고정자의 자기 폴(12)을 형성한다. 특정 톱니부는 직접 코일에 커플링되고 다른 것은 자기 전기자(6)에 의해 형성된 자기 회로를 통해서 간접적으로 커플링된다.

각 코일(8)은 예를 들어, 성형 또는 사출된 플라스틱과 같은 유전 물질로 만든 코일 지지부(10)를 포함하며, 중공 중앙 부분(10a)은 한 단부에 있는 제1플랜지(10b)와 다른 단부에 있는 제2플랜지(10c)에 의해 둘러싸인다. 전도 와이어(22)(구리 또는 다른 전도 물질로 만듬)는 플랜지 사이의 중공 중앙 부분상에 권취되고 단부가, 예를 들어 플랜지의 한 단부내에 오버몰딩함으로서 지지부상에 조립되는, 예를 들어 핀 형태로 전기 터미널(24)에 연결된다. 코일 지지부(10)의 플랜지(10b, 10c)는 양호하게 또한 자기 전기자(6)에 코일(8)을 안내, 위치 및/또는 고정하는 역할을 할 수 있다. 도시한 실시 예에서, 자기 코일로 조립된 코일은 양호하게 자기 전기자(6)의 리세스(13)에 축방향으로 삽입된다. 양호한 변경 예에서, 코일 지지부(10) 또는 코일 지지부의 일 부분은 전기 연결 터미널과 함께 또는 없이 코어상에 오버몰드될 수 있다.

플랜지(10c)는 조립된 위치에서 전기자를 지탱하는 축방향 위치설정 제한 멈춤부(11)를 포함한다. 플랜지의 에지는 또한 방사방향 평면(방사 방향 평면은 축방향 A에 대해서 직각임)내에 코일을 위치시키도록 리세스(13)의 에지 부분과 협력하는 축방향 및/또는 방사방향 레일을 형성한다. 그러므로, 플랜지(10c)는 제한 멈춤부를 통해서 축방향 위치설정을 보장하고, 어떠한 현실에서 또한 회전자의 자석과 마주하는 폴의 적당한 각도 위치를 보장하기 위해서 방사방향으로의 위치설정을 보장한다. 이들 기능들은 또한 보다양호한 기계 저항, 특히 진동과 쇼크를 보장한다.

고정자의 자기 회로는 추가로, 각 코일의 중앙으로 삽입되는, 특히 코일 지지부의 중공 중앙 부분으로 삽입되는 자성 물질로 만든 개별로 미리형성된 부분의 형태의 코일 코어(14)를 포함한다. 코일 코어(14)는 체결 부분(14a), 중앙 부분(14b) 및 고정자의 폴을 형성하는 톱니부(20)를 형성하는 폴 부분을 포함한다. 체결 부분(14a)은 전기자와 자기 연결 및 기계적 체결을 확보하도록 예를 들어, 용접, 리베팅, 박아넣기(driving out) 또는 다른 기계적 수단에 의해 전기자(6)에 고정되도록 구성되어 있다. 개별로 미리형성된 부분으로서 코일 코어를 제공함으로써 양호하게, 전기자(6)내에 코일을 조립하기 전에 코일(10)로 코일 코어를 삽입가능 하게 할 수 있다. 이는 코일이 자기 전기자로 완전히 형성된 코일 둘레로 나사결합되어져야 하는 구성보다는 보다 큰 치수들(원주/직경/높이/폭)의 코일을 가능하게 만들 수 있다. 코일 코어(14)를 전기자에서 사용된 것과 동일한 물질과 동일한 제조 방법, 예를 들어 금속 시트의 스탬핑에 의해 만들 수 있다. 추후의 예에서, 코어를, 심지어 전기자를 형성하는 금속 시트로부터 조각을 형성하고 절단해서 만들 수 있으므로, 재료 낭비와 툴링 비용을 낮출 수 있다.

약간의 변경 예에서, 코일 코어를 그러나 자기 전기자에 사용된 것과는 다른 물질 또는 다른 제조 방법으로 만들 수 있다.

도시한 실시 예에서, 톱니부(20)는 양호하게 자기 전기자(6)의 스탬프된 금속 시트와 조인트되어 하나의 부재로 형성된다.

각 톱니부는 전기자의 두 부분(6a, 6b) 사이의 인터페이스를 형성하는 정중면(median plane)의 어느 측면상에서 축방향으로 연장하는 축방향 연장부(16a, 16b)를 포함한다. 전기자가 스탬프된 금속 시트로 만들어지면, 한 측면으로부터 돌출하는 연장부(16a)는 접혀지고 전기자의 부분(6a)중 하나로부터 축방향으로 연장하며, 다른 측면으로부터 돌출하는 연장부(16b)는 전기자의 다른 부분(6b)으로부터 축방향으로 연장한다. 이것은 양호하게 콤팩트하고 효율적인 모터를 얻을 수 있게 하며 또한 저렴하게 만들 수 있게 한다.

각 톱니부(20)의 자유단부(18)는 줄어든 단면, 예를 들어 챔퍼의 형상을 할 수 있으며, 그러므로 양호하게 회전자의 영역에서 금속 시트 부분의 톱니부를 스탬핑할 때 코일의 높이(H)와 동일하거나 유사한 톱니부 높이(H')를 가질 수 있다. 톱니부 높이(H')는 자기 전기자의 주 부분의 두께(E)보다 크고 기본적으로 회전자의 자기 폴의 높이뿐만 아니라 코일이 높이(H)에 대응한다. 양호한 실시 예에서, 톱니부 높이(H')와 자기 전기자의 주 부분의 두께(E)의 비는 3보다 크다: H'/E >3.

코일은 회전자의 자화된 부분의 높이(H")가 허용하는 한 크고, 고정자와 회전자 사이의 자화 커플링은 회전자의 자화된 부분만큼 큰 축방향 높이의 고정자 톱니부를 가짐으로써 최적화된다. 본 발명의 양태에 따라서, 전도 와이어로 채워진 코일의 단면의 축방향 높이(C1+C2)는 코일의 코어의 축방향 두께(E)보다 두 배 이상이다; C1+C2 > 2*E. 본 구성은 작은 높이의 모터로 보다 많은 모터 토크 밀도를 얻을 수 있게 한다(축방향 A에서).

양호한 실시 예에서, 자기 회로의 외접원의 직경(D)과 자화된 부분의 높이(H")의 비는 3보다 크다: D/H" >3. 약간의 변경 예에서, 토크 생성과는 다른 이유를 위해서, 예를 들어 센서 기능을 위해, 회전자 자석의 축방향 길이를 연장할 필요가 있을 수 있으며, 이 경우에 비 D/H 및/또는 D/H'가 3보다 크게 될 수 있다.

본 발명의 양태에 따라서, 권선 폭(L)(공기 갭에 접선인 방향)은 두 인접 폴 사이의 거리(P)보다 크다. 그러므로 자기 폴이 부착되고 전도 와이어의 체적("구리"의 체적)은 최대로 된다.

모터
2:회전자
폴
3:자석,
5:축선
4:고정자
12:폴,
6:자기 전기자,
6a:제1부분
6b:제1부분
26:태브
20:톱니부
16a, 16b:축방향 연장부
18:자유 단부
13:리세스
14:코일 코어
14a:체결 부분
14b:중앙 부분
20:폴 부분-톱니부
8:코일
10:코일 지지부
10a:중공 중앙 부분
10b:제1플랜지
10c:제2플랜지
11:축방향 위치설정 제한 멈춤부
13:록킹 클립
22:전도 와이어
24:전기 터미널
A: 축방향
H: 코일의 축방향 높이
H": 회전자의 자화된 부분의 축방향 높이
C1.C2: 구리의 축방향 높이
H': 톱니부의 축방향 높이
L: 코일 폭
P: 폴사이의 거리
E: 코일의 자기 코어의 축방향 두께
D: 고정자의 자기 회로의 외접원의 직경

Claims

다수의 회전자 폴을 형성하는 자화된 부분(3)을 포함하는 회전자(2)와, 자기 회로를 형성하는 자기 전기자(6)와 다수의 코일(8)을 포함하는 고정자를 포함하며, 상기 코일 각각이 자기 전기자에 고정된 자성 물질로 만든 개별로 미리성형된 부분의 형태의 코일 코어(14)를 포함하며, 상기 코일 코어가 고정자의 자기 폴을 형성하는 톱니부(20)를 포함하며, 상기 톱니부가 축방향으로 연장하는 연장부(16a, 16b)를 포함하며, 상기 톱니부의 높이(H')와 상기 코일의 높이(H)가 회전자의 자화된 부분의 높이(H")와 비교가능한 전기 모터에 있어서,
상기 자기 전기자뿐만 아니라 코일 코어는 금속 시트로 형성되어 절단되어 있으며, 상기 금속 시트의 주 평면(M)은 회전자의 회전 축선(A)에 수직이며, 상기 톱니부의 연장부는 상기 주 평면(M)의 어느 측면상에서 직각으로 접혀져 있는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항에 있어서,
상기 톱니부의 자유 단부는 톱니부의 중앙 부분보다 작은 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 자기 전기자는 서로 마주보고 조립된 두 개의 동일한 금속 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
다수의 회전자 폴을 형성하는 자화된 부분(3)을 포함하는 회전자(2)와, 자기 회로를 형성하는 자기 전기자(6)와 다수의 코일(8)을 포함하는 고정자를 포함하며, 상기 코일 각각이 코일 코어(14)와 코일 지지부(10) 둘레를 권선한 전도 와이어(22)를 포함하며, 상기 코어가 자기 전기자에 고정된 자성 물질로 만든 개별로 미리성형된 부분으로 형태이며, 고정자의 자기 폴을 형성하는 톱니부(20)를 포함하며, 상기 톱니부가 축방향으로 연장하는 연장부(16a, 16b)를 포함하며, 상기 톱니부의 높이(H')와 상기 코일의 높이(H)가 회전자의 자화된 부분의 높이(H")와 비교가능한 전기 모터에 있어서,
상기 코일 코어의 축방향 두께(E)는 전도 와이어로 권선된 코일의 부분의 축방향 두께(C1+C2)의 절반보다 작은 것을 특징으로 하는 전기 모터.
다수의 회전자 폴을 형성하는 자화된 부분(3)을 포함하는 회전자(2)와, 자기 회로를 형성하는 자기 전기자(6)와 다수의 코일(8)을 포함하는 고정자를 포함하며, 상기 코일 각각이 한 단부에서 제1플랜지(10b)와 경계를 이루고 다른 단부에서는 제2플랜지(10b)와 경계를 이루는 중공 중앙 부분(10a)을 갖은 코일 지지부(10)와 자기 전기자에 고정된 자성 물질로 만든 개별로 미리성형된 부분의 형태의 코일 코어(14)를 포함하며, 상기 코일 코어가 고정자의 자기 폴을 형성하는 톱니부를 포함하며, 상기 톱니부가 축방향으로 연장하는 연장부(16a, 16b)를 포함하며, 상기 톱니부의 높이(H')와 상기 코일의 높이(H)가 회전자의 자화된 부분의 높이(H")와 비교가능한 전기 모터에 있어서,
상기 코일은 자기 전기자의 리세스(13)내에 축방향으로 자기 코어에 조립되어지며, 상기 플랜지(10b, 10c)는 자기 전기자내에, 축방향에 직각인 평면내에 축방향으로 코일 위치설정하도록 상기 리세스(13)의 에지 부분과 협력하는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 회로의 외접원의 직경(D)과 회전자의 자기화된 부분의 높이(H")의 비는 3보다 큰(D/H"> 3) 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기 톱니부의 높이(H')와 상기 자기 전기자의 주 부분의 두께(E)의 비는 3보다 큰(H'/E>3) 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터는 고정자에서 2 상(phases)을 가지며 두 개의 코일과 8개의 자기 폴을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터는 고정자에서 2 상(phases)을 가지며 4 개의 코일과 8개의 자기 폴을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모터는 고정자에서 3 상(phases)을 가지며 3 개의 코일과 9개의 자기 폴을 가지는 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고정자의 자기 폴 쌍의 수는 회전자의 자기 폴 쌍의 수보다 큰 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전자의 자기 폴 쌍의 수는 3인 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
인접 코일 폴 사이의 거리(P)는 상기 코일의 최대 폭(L)보다 작은 것을 특징으로 하는 전기 모터.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일 코어(14)와 전기 터미널(24)은 코일 지지부(10)에 오버몰드되는 것을 특징으로 하는 전기 모터.