KR20180060757A

KR20180060757A - 코어리스모터

Info

Publication number: KR20180060757A
Application number: KR1020160160628A
Authority: KR
Inventors: 이재훈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-06-07
Also published as: KR101892961B1

Abstract

본 발명은, 모터 하우징; 회전축을 구비하고, 상기 회전축의 외주면에 상기 회전축을 감싸는 형상으로 설치되는 내측요크 및 상기 내측요크의 외주면에 결합되는 영구 자석을 구비하며, 상기 모터 하우징의 내부에서 상기 회전축을 따라 회전하는 로터; 유연한 박판의 형상으로 이루어지고, 일정한 패턴으로 감긴 제1 코일이 설정된 간격으로 설치되며, 상기 모터 하우징의 내주면에 설치되는 외측요크에 부착되어 상기 영구 자석과 대향하도록 위치되는 제1 PCB; 및 원판형으로 이루어져 상기 모터 하우징의 상면에 상기 제1 PCB와 서로 교차되게 위치되고, 상기 제1 코일과 서로 대응되도록 제2 코일이 형성되는 제2 PCB를 포함하며, 상기 제1 PCB 및 제2 PCB는 상기 영구 자석과의 상호 작용에 의해 회전력을 형성하는 코어리스모터에 관한 것이다.

Description

코어리스모터{CORE-LESS MOTOR}

본 발명은, 누설 자속을 활용하여 모터의 출력이 향상된 코어리스모터에 관한 것이다.

모터의 종류에는 크게 레디얼(radial) 타입의 모터와 액시얼(axial) 타입 모터로 분류할 수 있으며, 일반적으로 모터는, 영구 자석이 설치되는 로터(회전자)와, 상기 로터의 외부로 둘러 쌓이고, 코일이 권선된 스테이터(고정자)로 구성되며, 로터는 스테이터 내에서 회전이 가능하도록 장착되는 구조를 가진다.

모터의 코일에 전류가 인가되면 자기장이 형성되고, 형성된 자기장과 로터의 영구 자석이 형성하는 자기장과의 상호 작용에 의해 로터가 회전하여 회전력을 형성하게 된다.

스테이터는 내부 원주를 따라 일정한 간격으로 형성된 코어(core)에 코일을 권선하여 제조되는 것이 일반적이나, 이와 같이 스테이터 내부에 코어가 형성된 경우, 상기 스테이터 내부의 코어에 코일을 권선하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 코어에 의한 모터의 효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

최근에는 코어없이 코일이 권선되는 스테이터를 사용한 코어리스 모터(coreless motor)용 스테이터가 사용되고 있으며, 고속으로 회전시키기 위한 모터의 경우 통상의 범용 모터보다 더욱 소형화와 경량화할 수 있는 방법이 모색되고 있다.

이에, 최근에는 얇은 판의 형상을 가지며, 내부에 코일이 권선된 PCB(Printed Circuit Board)을 영구 자석과 인접하게 위치시켜, 로터가 회전하도록 하는 방식을 사용하게 된다. 이 방식은, 로터에 결합된 영구 자석의 반경 방향으로의 자기장을 로터의 외주면을 감싸도록 위치되는 PCB에 형성된 코일과 쇄교시켜 회전력을 얻게 되는 것인데, 이 경우 영구 자석의 상면 또는 하면에서 발생되는 자기장을 PCB에 형성된 코일과 쇄교시키기 어려운 문제점이 있다.

최근에는 크기가 작아져 점차 소형화되면서도 고속으로 회전할 수 있는 모터에 대한 수요가 점차 증가하고 있으며, 이에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 이에, 로터의 영구 자석에서의 누설 자속을 효과적으로 활용하여, 동일한 크기 대비 모터의 출력을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 모터에 대한 필요성이 점차 증대되고 있다.

본 발명은, 축방향 누설 자속을 활용하여 모터의 출력을 향상시키기 위한 구조를 가지는 코어리스모터의 구조를 제안하기 위한 것이다.

본 발명은, 동일한 출력 대비 소형화가 가능한 코어리스모터의 구조를 제안하기 위한 것이다.

본 발명은, 동일한 출력에서 모터의 손실 및 발열을 낮춤으로서 그 구동 효율을 높일 수 있는 코어리스모터의 구조를 제안하기 위한 것이다.

본 발명은, 영구 자석에서 발생하는 자속량을 이용함으로써, 다양한 운전 모드의 선택이 가능한 코어리스모터의 구조를 제안하기 위한 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 실시예와 관련된 코어리스모터는, 모터 하우징; 회전축을 구비하고, 상기 회전축의 외주면에 상기 회전축을 감싸는 형상으로 설치되는 내측요크 및 상기 내측요크의 외주면에 결합되는 영구 자석을 구비하며, 상기 모터 하우징의 내부에서 상기 회전축을 따라 회전하는 로터; 유연한 박판의 형상으로 이루어지고, 일정한 패턴으로 감긴 제1 코일이 설정된 간격으로 설치되며, 상기 모터 하우징의 내주면에 설치되는 외측요크에 부착되어 상기 영구 자석과 대향하도록 위치되는 제1 PCB; 및 원판형으로 이루어져 상기 모터 하우징의 상면에 상기 제1 PCB와 서로 교차되게 위치되고, 상기 제1 코일과 서로 대응되도록 제2 코일이 형성되는 제2 PCB를 포함하며, 상기 제1 PCB 및 제2 PCB는 상기 영구 자석과의 상호 작용에 의해 회전력을 하게 된다. 이에 따라, 영구 자석의 반경 방향의 자속 뿐만아니라, 축방향 누설 자속을 활용할 수 있어 모터의 효율 향상이 가능하게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 코일은, 상기 제2 PCB의 상면 및 하면에는 각각 형성되고, 상기 영구 자석의 상부면으로부터 누설되는 자속과 쇄교되도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은, 상기 영구 자석에서 형성되는 자속과 각각 쇄교하여 회전력을 형성할 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 코일은, 상기 영구 자석의 회전축과 교차되도록, 반경 방향으로 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어지고, 상기 제2 코일은, 상기 영구 자석의 상면에서 상측으로 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어질 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제1 코일의 일단과 상기 제2 코일의 일 단이 서로 연결되도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 양 단에는 상기 회전축이 관통되고, 상기 영구 자석의 외부 노출을 제한하는 덮개부가 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 PCB는 복수개의 플레이트가 적층되어 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 PCB의 둘레부에는, 상기 덮개부의 내측에 끼워져 고정되도록, 부착홈이 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 PCB는, 유연한 특성을 가질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 기 제1 PCB와 상기 제2 PCB는 일체로 이루어지도록 이루어질 수 있으며, 영구 자석의 반경 방향의 자속 및 축 방향으로의 자속과 쇄교될 수 있게 된다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 모터 하우징의 하면에 설치되고, 상기 제1 PCB와 서로 교차되도록 위치되며, 상기 영구 자석의 하부면으로부터 누설되는 자속과 쇄교되도록 이루어지는 제3 PCB를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제3 PCB에는, 상기 제2 PCB에 형성되는 코일과 서로 대응되도록 일정한 패턴으로 형성되는 제3 코일이 설정된 간격으로 배치될 수 있다.

영구 자석의 상부에서 누설되는 자속을 제2 PCB를 통해 활용함으로써, 모터의 출력을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 토크 출력의 향상이 가능하여 동일 크기에서 더 큰 출력을 제공할 수 있게 된다.

또한, 동일 출력에서 제1 PCB에 흐르는 전류의 크기를 줄일 수 있으므로, 모터의 손실 및 발열을 낮춤으로써 그 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 제2 PCB에 흐르는 전류를 선택함으로써, 고속 모드 혹은 고출력모드와 같은 운전의 선택이 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명에 따르는 코어리스모터의 구조를 나타내는 단면도.
도 2는, 도 1의 코어리스모터의 내부의 구성을 나타내는 사시도.
도 3은, 로터의 구조를 보여주는 사시도.
도 4는, 제2 PCB의 정면도.
도 5는, 제1 PCB와 제2 PCB의 결합모습을 나타내는 확대도.
도 6은, 영구 자석, 제1 PCB 및 제2 PCB의 배치를 보여주는 전개도.
도 7은, 다른 실시예를 나타내는 코어리스모터의 구조를 나타내는 단면도.
도 8은, 또 다른 실시예를 나타내는 코어리스모터의 구조를 나타내는 단면도.
도 9a는, 도 8의 코어리스모터에 결합된 제1 PCB의 모습을 나타내는 도면.
도 9b는, 도 9a의 제1 PCB가 내부에 위치될 때의 모습을 나타내는 도면.

이하, 본 발명에 관련된 코어리스모터에 대해 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

일반적인 모터는, 영구자석이 설치되는 로터(회전자)와, 상기 로터의 외부로 둘러 쌓이고 코일이 권선된 스테이터(고정자)로 구성되며, 로터는 스테이터 내에서 회전이 가능하도록 장착되는 구조를 가질수 있다. 모터의 코일에 전류가 인가되면 자기장이 형성되고, 형성된 자기장과 로터의 영구자석이 형성하는 자기장과의 상호 작용에 의해 로터의 회전이 가능하게 된다.

스테이터는 내부 원주를 따라 일정한 간격으로 형성된 코어(core)에 코일을 권선하여 제조되는 것이 일반적이다. 그러나 이와 같이 스테이터 내부에 코어가 형성된 경우, 상기 스테이터 내부의 코어에 코일을 권선하는 것이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 코어에 의한 모터의 효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다. 최근에는 코어없이 코일이 권선되는 스테이터를 사용한 코어리스모터 (coreless motor)용 스테이터가 사용되고 있으나, 고속으로 회전시키기 위한 모터의 경우 통상의 범용 모터보다 더욱 소형화와 경량화하기 어려운 점이 있다.

도 1은, 본 발명에 따르는 코어리스모터(100)의 구조를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따르는 코어리스모터(100)는, 모터 하우징(110), 로터(120) 및 코일이 형성된 PCB(Printed Circuit Board)를 구성으로 포함한다.

일반적으로 모터는, 로터(120)와 스테이터를 별도로 포함하고, 스테이터에 코일이 권선되는 구조를 가진다. 다만, 본 발명에서 스테이터는, 내부에 코일이 형성되는 PCB(Printed Circuit Board)(130, 140, 150)를 통해 구현함으로써 소형화 및 경량화가 가능하며, 동일 크기 대비 모터의 출력 향상이 가능하게 된다.

모터 하우징(110)은, 코어리스모터(100)의 외관을 형성하는 것으로, 로터(120)와 스테이터의 역할을 하는 PCB(130, 140, 150)를 내부에 수용하며, 로터(120)와 스테이터의 외부 노출을 제한하는 역할을 하게 된다. 모터 하우징(110)은, 내부가 비어있는 원통형의 형상으로 이루어지며, 금속 재질로 이루어질 수 있게 된다.

모터 하우징(110)의 양단에는 회전축(121)이 관통되어 지지하는 역할을 하는 덮개부(미도시)가 형성될 수 있다. 덮개부(미도시)는 모터 하우징(110)과 일체로 형성될 수 있으나, 모터 하우징(110)의 내부에는 PCB(130, 140, 150)와 로터(120)가 위치되야 하므로, 양 단이 개구된 모터 하우징(110)에 PCB(130, 140, 150)와 로터(120)가 설치된 후, 양단에 덮개부(미도시)가 설치되는 것이 바람직할 것이다. 모터 하우징(110) 양단에 설치되는 덮개부(미도시)의 각 중심부에는, 로터(120)의 회전축(121)이 회전할 수 있도록 베어링(113)이 위치되게 된다.

모터 하우징(110)의 내부에는 스테이터의 역할을 하는 PCB(130, 140, 150)와, 상기 PCB와 설정된 간격만큼 에어갭을 가지면서 로터(120)가 위치되게 된다. 로터(120, rotor)는 회전자라고도 하며, 스테이터에 전류가 공급되면, 영구자석(124)과의 상호 작용에 의해 회전하게 된다. 로터(120)는 전류와 자기장에 따라 발생하는 힘에 의해 회전력을 형성하게 된다.

로터(120)는 중심부에 회전하여 회전력을 전달할 수 있는 회전축(121)과, 로터(120)의 회전축(121) 외주면에 형성되는 내측요크(122) 및 내측요크(122)에 부착되고 자기적인 성질을 가지는 영구자석(124)을 포함한다.

회전축(121)은 모터 하우징(110)의 중앙에서 회전 가능하게 지지하는 역할을 한다.

로터(120)는 회전축(121)의 외주면을 감싸는 형상으로 상기 회전축(121)에 부착되는 내측요크(122)를 구비한다.

요크(yoke)는 계철이라고도 하며, 철로 이루어져 자로를 형성하는 역할을 하게 된다. 내측요크(122)의 외주면에는 영구자석(124)이 부착된다. 영구자석(124)은, 내측요크(122)의 외주면을 따라 N극(124a)과 S극(124b)이 각각 교대로 위치될 수 있게 된다. 본 발명에서 영구자석(124)은 N극(124a)과 S극(124b)이 각각 3번씩 교번적으로 배치되는 것을 예로 나타내었으나, 이는 하나의 예시이다.

모터 하우징(110)의 내주면에는, 내부에 코일이 감겨있어 스테이터 역할을 하는 PCB(Printed Circuit board)가 위치되게 된다. 영구자석(124)과 모터 하우징(110)에 고정 설치되는 PCB(130, 140, 150)의 상호 작용에 의해 로터(120)에 회전력이 형성되게 된다.

PCB(130, 140, 150)는 모터 하우징(110)의 내측에 위치되어, 스테이터의 역할을 한다. PCB(130, 140, 150)는 복수개의 직사각형으로 된 폐회로가 절연막을 사이에 두고 상하의 두 개의 코일층에 번갈아 가며 형성되어 있는 구조를 가지며, 각 폐회로는 시작점과 끝점에서 절연막에 난 구멍을 통하여 서로 연결되어 있다. 또한, 운동 방향과 수직인 회로의 간격은 영구자석(124)의 자극의 간격과 같게 하여 자극의 방향이 서로 다른 자석에서 운동 방향과 수직 방향의 회로에 같은 방향의 힘이 작용하게 한다. 자극이 바뀌는 경우, 코일에서 같은 방향의 힘이 생기도록, 각 코일층에 있는 운동 방향과 수직인 회로의 간격이 코일층의 직경에 따라 조절될 수 도 있다.

PCB(130, 140, 150)는 절연막 위에 회전축(121)의 연장 방향과 수직 또는 나란한 방향을 따라 감긴 코일이 위치되게 된다. PCB(130, 140, 150)는 모터 하우징(110)의 내주면에 위치되는 제1 PCB(130)와, 상기 모터 하우징(110)의 상면에 위치되는 제2 PCB(140)를 포함한다.

제1 PCB(130)는 모터 하우징(110)의 내주면의 측면에 위치되고, 제2 PCB(140)는 모터 하우징(110)의 상부에 위치하게 된다. 상기 제1 PCB(130) 및 제2 PCB(140)는 상기 영구자석(124)과의 상호 작용에 의하여 회전력을 형성하는 역할을 하게 된다.

도 2는 모터 하우징(110) 내부의 모습을 나타내는 도면이다.

모터 하우징(110)의 내부에는 로터(120)가 위치된다. 로터(120)는, 회전축(121)과 상기 회전축(121)의 외주면에 형성되는 내측요크(122), 내측요크(122)의 외주면에 고정 설치되는 영구자석(124)을 구비한다. 또한, 모터 하우징(110)의 내부에는 로터(120)와 일정한 간격을 가지고 반경 방향으로 서로 이격되게 제1 PCB(130)가 위치하게 되며, 모터 하우징(110)의 내부에서 영구자석(124)의 상부에 제2 PCB(140)가 위치되게 된다. 여기서, 제1 PCB(130)는 모터 하우징(110)의 측면의 내주면의 따라 설치되는 외측요크(145)와 결합되게 위치되며, 제2 PCB(140)는 모터 하우징(110)의 상면에 위치되는 것으로, 제1 PCB(130)와는 서로 교차되도록 위치된다.

제1 PCB(130)는, 유연한 박판의 형상으로 이루어지고, 일정한 패턴으로 감긴 코일이 내부에 설치되는 구조를 가진다. 제1 PCB(130)는 유연한 특성을 가지므로, 원통 형상을 가지는 모터 하우징(110)의 내주면에 용이하게 결합할 수 있다.

도 2에서 보는 바와 같이, 제1 PCB(130)는 모터 하우징(110)의 내주면의 측면을 따라 설치되는 외측요크(145)에 결합하게 된다. 제1 PCB(130)는 영구자석(124)과 서로 대향하도록 위치되며, 제1 PCB(130)에 형성되는 코일은 영구자석(124)에서 형성되는 자기장과 상호 작용하여 로터(120)에 회전력이 형성되게 된다. 제1 PCB(130)에 형성되는 코일은 제1 코일(131)이라고 한다. 제1 코일(131)은 로터(120)에 결합된 영구자석(124)의 외주면에서 반경 방향으로 향하는 자기장과 쇄교하여 로터(120)에 회전력을 발생시키게 된다. 제1 코일(131)은 u상 코일(131a), v상 코일(131b), w상 코일(131c)이 나란하게 배치되는 구조를 가진다. 각 상을 형성하는 코일은 일정한 패턴으로 감기도록 형성되게 된다. 도 2에서 보듯이, 제1 코일(131)은 중심점에서 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 코일이 외측을 향하도록 감겨있는 형상을 가짐을 알 수 있다. 도 2에서는 사각형의 형상을 이루도록 코일이 감긴 형상을 나타내었으나, 이는 하나의 예시일 뿐이다.

도 2에서 보는 바와 같이, 영구자석(124)의 N극(124a)에서 자기력선이 나와서 S극(124b)으로 들어가는 형상을 가지게 되는데, 자기력선은 영구자석(124)의 사방에서 나오는데, 영구자석(124)의 측면의 외주면에 인접하게 위치되는 제1 PCB(130)의 제1 코일(131)과 영구자석(124)의 외주면에서 반경 방향으로 향하는 자기장이 쇄교할 수 있게 되는 것이다. 즉, 제1 코일(131)은, 영구자석(124)의 회전축(121)과 교차되도록 반경 방향을 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어진다.

제2 PCB(140)는 모터 하우징(110)의 상면에 위치되는 것으로, 제1 PCB(130)와는 서로 교차되도록 위치된다.

제2 PCB(140)는 영구자석(124)의 상면에 위치되어, 영구자석(124)의 상면에서 형성되는 자속과 쇄교하여, 로터(120)에 회전력을 형성하는 역할을 한다. 도 2에서 보는 바와 같이, 제2 PCB(140)에 형성된 제2 코일(141)은 u상 코일(141a), v상 코일(141b), w상 코일(141c)이 관통홀(146)을 따라 일정한 간격으로 형성되어 있는데, 영구자석(124)의 상부에서 누설되는 자속은 제2 코일(141)과 쇄교함으로써, 로터(120)에 회전력을 제공하는 역할을 하게 된다.

즉, 제2 코일(141)은 영구자석(124)의 상면에서 상방향을 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어지며, 회전축(121)으로부터 등거리에 각 상을 가지는 코일(141a, 141b, 141c)이 위치되게 된다.

제2 코일(141)의 경우, 제2 코일(141)은 관통홀(146)과 제2 PCB(140)의 둘레부 사이에 위치하며, 제2 PCB(140)의 외경보다 작은 반경을 기준으로 제2 코일(141)은 일정한 형상을 가지도록 감겨있는 구조를 가진다.

도 2에서는, 제2 코일(141)의 형상으로 사각형의 형상으로서, 중심부에서 외곽으로 갈수록 길이가 길어지 커지는 형상을 가지는 것을 예로 들었다. 다만, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 영구자석(124)에서 발생하는 자기장과 쇄교할 수 있는 구조를 가지는 것이라면 다양한 형상으로 이루어질 수 있을 것이다.

도 2에서 보듯이, 제1 코일(131)과 제2 코일(141)은 코일의 각 상은 서로 매칭되도록 결합되게 된다. 예를 들어, 제1 코일(131)과 제2 코일(141)의 각 u상 코일(131a, 141a)은 일 단이 서로 연결되도록 결합되어 영구자석(124)에서 발생하는 자기장과 쇄교하여 회전력을 발생시키는 역할을 하게 된다. 제1 코일(131) 및 제2 코일(141)의 v상 코일(131b, 141b), w상 코일(131c, 141c)도 마찬가지로 각각 동일한 상을 가지는 코일끼리 연결되도록 구성된다.

제2 PCB(140)는 영구자석(124)의 상면에서 누설되는 자속과 제2 PCB(140)의 각 코일이 쇄교되도록 위치되어야 하므로, 제2 PCB(140)는 모터 하우징(110)의 덮개부(미도시)의 저면에 고정되도록 위치되는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은, 영구자석(124)의 상부에서 누설되는 자속을 제2 PCB(140)를 통해 활용함으로써, 모터의 출력을 향상시킬 수 있으며, 토크 출력의 향상이 가능하여 동일 크기에서 더 큰 출력을 제공할 수 있게 된다. 또한, 동일 출력에서 제1 PCB(130)에 흐르는 전류의 크기를 줄일 수 있으므로, 모터의 손실 및 발열을 낮춤으로써 그 효율을 높일 수 있게 된다.

또한, 본 발명은, 제어부를 통해, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)에 흐르는 전류를 각각 선택할 수 있으므로, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140) 모두에 전류가 흐르는 고출력 모드나 고속 모드의 선택적인 운전이 가능한 특징을 가진다.

도 3은, 본 발명에 따르는 로터(120)의 구조를 보여주는 사시도이다.

로터(120)는 중심부에 회전하여 회전력을 전달할 수 있는 회전축(121)과, 로터(120)의 회전축(121)의 외주면에 형성되는 내측요크(122) 및 내측요크(122)에 부착되고 자기적인 성질을 가지는 영구자석(124)으로 이루어진다. 로터(120)의 회전 방향은 도 3의 화살표의 시계방향으로 회전하는 것을 예로 들었으나, 이는 하나의 예시일 뿐이다.

회전축(121)은 모터의 중심부에서 회전하여 회전력을 전달하는 역할을 하는 것으로, 모터 하우징(110)의 중앙에서 회전 가능하게 지지하는 역할을 한다. 로터(120)는 회전축(121)의 외주면을 감싸는 형상으로 상기 회전축(121)에 부착되는 내측요크(122)를 구비한다.

로터(120)는 내측요크(122)의 외주면을 따라 결합되는 영구자석(124)을 구비하게 된다.

영구자석(124)은, N극(124a)과 S극(124b)의 성질을 띄는 자성체로 이루어지며, N극과 S극이 각각 교대로 위치되게 된다. 도 3에서 보듯이, 영구자석(124)의 N극과 S극은 교번적으로 배치되도록 이루어짐을 알 수 있다.

영구자석(124)의 N극에서의 자기력선은 나와서 S극으로 들어가는 형상을 가지는데, 영구자석(124)의 측면에서 반경 방향을 향하도록 형성되는 자기장은 영구자석(124)의 측면의 외주면에 인접하게 위치되는 제1 PCB(130)의 제1 코일(131)과 쇄교하며, 영구자석(124)의 상면에서 상부를 향해 형성되는 자기장은 로터(120)의 상부에 위치되는 제2 PCB(140)의 제2 코일(141)과 쇄교하여 로터(120)에서 회전력이 형성될 수 있도록 한다.

도 4는, 제2 PCB(140)의 모습을 나타내는 정면도이다.

제2 PCB(140)는 원판형으로 이루어져 모터 하우징(110)의 상면에서 제1 PCB(130)와 서로 교차되도록 위치된다.

제2 PCB(140)는 중심부에 로터(120)의 회전축(121)이 관통되도록 관통홀(146)이 형성된다. 관통홀(146)은 회전축(121)의 형상에 대응되도록 이루어질 수 있으며, 일반적으로 원형의 홀로 이루어질 것이다.

관통홀(146)의 외주와 제2 PCB(140)의 외주 사이에는 제2 코일(141)이 형성되게 된다. 2 코일은 u상 코일(141a), v상 코일(141b), w상 코일(141c)이 관통홀(146)을 따라 일정한 간격으로 형성되어 있다. 영구자석(124)의 상부에서 누설되는 자속은 제2 코일(141)과 쇄교됨으로써, 로터(120)에 회전력을 제공하는 역할을 하게 된다. 제2 코일(141)은 제2 PCB(140)의 상면 및 하면에 각각 형성될 수 있다. 제2 코일(141)의 경우, 제2 코일(141)은 관통홀(146)과 제2 PCB(140)의 둘레부 사이에 위치하며, 제2 PCB(140)의 외경보다 작은 반경을 기준으로 제2 코일(141)은 일정한 형상을 가지도록 감겨있는 구조를 가진다.

제2 PCB(140)는 서로 다른 세 개의 상을 가지는 코일이 형성되는 원형의 박판층을 적층되는 방식으로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제2 PCB(140)는 원형의 두개의 박판층이 서로 겹쳐지는 방식으로 이루어질 수 있다. 제2 PCB(140)가 세개의 섹터를 기준으로 총 8극 또는 10극으로서 총 2개의 층으로 이루어진다면, 제2 PCB(140)에 형성되는 코일은, 제1층의 상면에 일정한 형상을 가지도록 감겨지도록 형성되는 각 u상 코일, v상 코일, w상 코일이 연속되게 배열되며, 제2층에는 상기 제1층의 각 코일과 겹쳐지지 않는 위치에 각 u상 코일, v상 코일, w상 코일이 연속되게 배열될 것이다.

제2 PCB(140)의 제2 코일(141)은, 영구자석(124)의 상면에서 상방향을 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어진다. 제2 PCB(140)의 외곽부에는 복수개의 고정홈(143)이 형성되어 모터 하우징(110)의 상부 내측에 끼워져 고정될 수 있게 된다. 제2 PCB(140)는 제1 PCB(130)와 다르게 유연한 특성을 가지지 않으나, 필요에 따라서는 얇은 박판 형상의 유연한 특성을 가질 수도 있을 것이다.

도 5는, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)가 서로 결합되는 모습을 나타내며, 도 6은, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)의 결합에 따라, 영구자석(124), 제1 PCB(130) 및 제2 PCB(140)가 배치되는 모습을 보여주는 전개도이다.

제1 PCB(130)는 모터 하우징(110)의 상부에 위치되고, 제2 PCB(140)는 모터 하우징(110)의 내측 측면부를 따라 위치되게 된다.

제1 PCB(130)는 영구자석(124)의 회전축(121)과 교차되도록 반경 방향을 향하는 자속과 쇄교하고, 제2 PCB(140)는 영구자석(124)의 상면에서 상방향을 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어져, 로터(120)에 회전력을 전달하는 역할을 하게 된다.

도 5에서 보는 바와 같이, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)는 서로 결합되는데, 이때, 제1 PCB(130)의 제1 코일(131)과 제2 PCB(140)의 제2 코일(141)은, 코일의 각 상이 서로 매칭되도록 결합되게 된다. 이때, 제1 코일의 일단에 형성되는 연결부(142)와, 제2 코일의 일단에 형성되는 연결부(132)는 서로 결합되게 된다.

예를 들어, 제1 코일(131)과 제2 코일(141)의 각 u상 코일(131a, 141a)의 일 단은 서로 연결되도록 결합되고, 제1 코일(131)과 제2 코일(141)의 각 v상 코일(131b, 141b)의 일 단은 서로 연결되도록 결합되고, 제1 코일(131)과 제2 코일(141)의 각 w상 코일(131c, 141c)의 일 단은 서로 연결되도록 결합되게 된다.

제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)는 영구자석(124)에서 발생하는 자기장과 쇄교하여 회전력을 발생시키는 역할을 하게 된다. 이에, 로터(120)에 동일한 방향의 회전력을 전달할 수 있도록, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)의 각 u상 코일(131a, 141a), v상 코일(131b, 141b) 및 w상 코일(131c, 141c)은 동일한 상을 가지는 코일끼리 서로 연결되도록 구성되게 된다.

제1 PCB(130)에 형성되는 각 코일 및 제2 PCB(140)에 형성되는 각 코일은 동일한 상끼리 서로 매칭되도록 결합되는 것은 앞서 설명한 바와 동일하다. 그 결과, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)의 결합에 따라, 영구자석(124), 제1 PCB(130) 및 제2 PCB(140)가 배치된 모습을 살펴보면, 도 6과 같음을 알 수 있다. 도 6에서 보듯이, 제1 PCB(130)는 제1층 및 제2층의 박판이 중첩되는 방식으로 이루어질 수 있으며, 제1 PCB(130)와 제2 PCB(140)에 각각 형성되는 제1 코일(131) 및 제2 코일(141)의 각 u상, v상, w상은, 서로 대응되도록 결합될 것이다.

도 7은, 도 1과 다른 실시예를 나타내는 코어리스모터(100)의 구조의 단면도이다.

코어리스모터(100)는, 모터 하우징(110), 로터(120) 및 코일이 형성된 PCB(Printed Circuit Board)를 구성으로 포함하는 것은 앞서 설명한 바와 동일하다. 다만, 도 7의 모터 하우징(110)의 하부에는 영구자석(124)의 하부에서 하방향으로 누설되는 자기장과 쇄교되도록, 제3 PCB(150)가 위치하게 된다. 또한, 제3 PCB(150)는 모터 하우징(110)의 하부 덮개부에 고정홈을 통해 고정될 수 있다. 제3 PCB(150)는 상기 제2 PCB(140)에 형성되는 코일과 서로 대응되도록 일정한 패턴으로 형성되는 제3 코일(151)이 설정된 간격으로 배치되게 된다.

제3 PCB(150)의 구조 및 그 형상은 도 4에서 설명한 제1 PCB(130)의 형상 및 구조와 동일하다. 또한, 제1 PCB(130), 제2 PCB(140) 및 제3 PCB(150)에 형성된 각 코일은 동일한 상의 코일끼리 연결되도록 구성되게 된다.

제1 PCB(130)는 영구자석(124)의 측면에서 반경 방향으로 형성되는 자기장과 쇄교되고, 제2 PCB(140)는 영구자석(124)의 상면에서 상부를 향해 누설되는 자기장과 쇄교되며, 이에 덧붙여 제3 PCB(150)는 영구자석(124)의 하면에서 하부를 향해 누설되는 자기장과 쇄교될 수 있게 된다. 이에, 모터의 회전력을 향상시키고, 동일한 크기 대비 모터의 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 가진다. 그 외에, 코어리스모터(100)의 각 구성과 그 특성은 앞서 설명한 바와 동일하다.

도 8은, 또 다른 실시예를 나타내는 코어리스모터(100)의 구조를 나타내는 단면도를 나타낸다.

도 8에서 보듯이, 코어리스모터(100)는, 모터 하우징(110), 로터(120) 및 코일이 형성된 PCB(Printed Circuit Board)를 구성으로 포함하는 것은 앞서 설명한 바와 동일하다. 다만, PCB는 복수개로 이루어지는 것이 아닌, 유연한 특성을 가지는 제1 PCB(130)에 코일을 위치시킴으로써 하나로 이루어질 수 있게 된다.

코어리스모터(100)는, 최외곽에는 원통형상의 모터 하우징(110)이 위치된다. 모터 하우징(110)의 내주면에는 외측요크(145)가 부착되는데, 외측요크(145)는 철로 이루어지므로 주물을 통해 제작하는 방식을 통해, 모터 하우징(110)의 내주면의 형상과 동일하게 이루어져 상기 모터 하우징(110)의 내주면에 결합될 수 있게 된다. 외측요크(145)는 모터 하우징(110)에 열박음등을 통해 고정이 될 수 있다.

도 8에서 보듯이, 제1 PCB(130)는 상기 외측요크(145)에 대응되는 형상으로 결합될 수 있게 된다. 제1 PCB(130)는 앞서 설명한 바와 같이, 내부에 코일이 위치되고, 유연한 박막이 적층되어 형성되게 된다. 이에, 제1 PCB(130)는 영구자석(124)과 대향되도록 위치되게 된다.

제1 PCB(130)는, 외측요크(145)가 상기 모터 하우징(110)의 내부에 노출되지 않도록 상기 외측요크(145)에 부착하게 된다. 제1 PCB(130)는 영구자석(124)의 측면 뿐 아니라 상면에도 상기 영구자석(124)과 대향되도록 위치하게 되어, 영구자석(124)의 반경 방향을 향해 누설되는 자기장과 코일이 쇄교할 수 있으며, 영구자석(124)의 상면에서 상측으로 누설되는 자기장과도 쇄교할 수 있게 된다. 이에, 동일한 모터 크기 대비 높은 회전력 및 회전 토크를 얻을 수 있는 효과가 있다ㅏ.

도 9a는, 도 8의 코어리스모터(100)에 결합된 제1 PCB(130)의 모습을 나타내는 도면이고, 도 9b는, 도 9a의 제1 PCB(130)가 내부에서 감겨져 위치될 때의 모습을 나타내는 도면이다.

도 8에서 살펴본 바와 같이, 제1 PCB(130)는 유연한 박판 형상으로 이루어져, 모터 하우징(110)의 내주면과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있게 된다. 이에 모터 하우징(110)의 내주면에 결합된 외측요크(145)와 결합하여 로터(120)의 회전력을 형성하는 역할을 하게 된다. 제1 PCB(130)는 로터(120)에 형성되는 영구자석(124)의 반경 방향으로의 자속 뿐만 아니라, 상면으로부터 누설되는 자속과도 쇄교할 수 있도록, 도 9b와 같이 원통형으로 말리면서, 영구자석(124)의 상부면까지 커버할 수 있도록, 도 9a와 같이, 상기 모터 하우징(110)의 높이와 대응되는 길이까지는 일정한 너비를 가지되, 상측으로 갈수록 테이퍼진 형상을 가지도록 이루어지게 된다. 또한, 도 9a에서 보는 바와 같이, 제1 PCB(130)에는 총 3개의 상을 가지도록, 코일이 감겨있게 된다. 도 9b는, 도 9a의 제1 PCB(130)가 내부에서 일정한 패턴으로 감겨져 모터 하우징(110)의 내부에 위치될 때의 모습을 나타낸다. 도 9a의 제1 PCB(130)의 상단의 테이퍼진 형상 부분은 영구자석(124)의 상면에서 누설되는 자속과 쇄교될 수 있게 되므로 모터의 출력을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 코어리스모터를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 코어리스모터 110: 모터하우징
120: 로터 121: 회전축
122: 내측요크 124: 영구자석
130: 제1 PCB 131: 제1 코일
140: 제2 PCB 141: 제2 코일
145: 외측요크 146: 관통홀
150: 제3 PCB

Claims

모터 하우징;
회전축을 구비하고, 상기 회전축의 외주면에 상기 회전축을 감싸는 형상으로 설치되는 내측요크 및 상기 내측요크의 외주면에 결합되는 영구 자석을 구비하며, 상기 모터 하우징의 내부에서 상기 회전축을 따라 회전하는 로터;
유연한 박판의 형상으로 이루어지고, 일정한 패턴으로 감긴 제1 코일이 설정된 간격으로 설치되며, 상기 모터 하우징의 내주면에 설치되는 외측요크에 부착되어 상기 영구 자석과 대향하도록 위치되는 제1 PCB; 및
원판형으로 이루어져 상기 모터 하우징의 상면에 상기 제1 PCB와 서로 교차되게 위치되고, 상기 제1 코일과 서로 대응되도록 제2 코일이 형성되는 제2 PCB를 포함하며,
상기 제1 PCB 및 제2 PCB는 상기 영구 자석과의 상호 작용에 의해 회전력을 형성하는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 제2 코일은, 상기 제2 PCB의 상면 및 하면에는 각각 형성되고, 상기 영구 자석의 상부면으로부터 누설되는 자속과 쇄교되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제3항에 있어서,
상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은, 상기 영구 자석에서 형성되는 자속과 각각 쇄교하여 회전력을 형성하는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 제1 코일은, 상기 영구 자석의 반경 방향으로 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어지고,
상기 제2 코일은, 상기 영구 자석의 상면에서 상부로 향하는 자속과 쇄교되도록 이루어는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제4항에 있어서,
상기 제1 코일의 일단과 상기 제2 코일의 일 단이 서로 연결되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 모터 하우징의 양 단에는 상기 회전축이 관통되고, 상기 영구 자석의 외부 노출을 제한하는 덮개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 제2 PCB는 복수개의 플레이트가 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제6항에 있어서,
상기 제2 PCB의 둘레부에는, 상기 덮개부의 내측에 끼워져 고정되도록, 부착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 제2 PCB는, 유연한 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 제1 PCB와 상기 제2 PCB는 일체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제1항에 있어서,
상기 모터 하우징의 하면에 설치되고, 상기 제1 PCB와 서로 교차되도록 위치되며, 상기 영구 자석의 하부면으로부터 누설되는 자속과 쇄교되도록 이루어지는 제3 PCB를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.
제11항에 있어서,
상기 제3 PCB에는, 상기 제2 PCB에 형성되는 코일과 서로 대응되도록 일정한 패턴으로 형성되는 제3 코일이 설정된 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 코어리스모터.