KR20200079355A - 모터 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 모터는 복수 개의 영구 자석과 복수 개의 제1코어를 포함하는 회전자, 상기 회전자 상부 외주면을 따라 위치하는 제1코일, 상기 회전자의 외측면을 감싸는 제1고정자 및 상기 회전자 상부 또는 하부에 배치되고 상기 제1코어의 회전으로 발생되는 축방향의 누설 자속을 이용하여 전력을 발생시키는 제2고정자를 포함할 수 있다.

Description

모터{MOTOR}
본 발명은 모터에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 스포크(Spoke) 타입의 모터에 있어서 축방향으로 누설되는 자속을 이용하여 역기전력을 발생시키는 모터에 관한 발명이다.
일반적으로 모터는 전기에너지를 기계에너지로 변환시켜 회전력을 얻는 장치로 전자제품 및 산업용 기계에 널리 사용되고 있으며, 특히 산업용 로봇시스템 및 의료용 로봇시스템 등과 같은 정밀성이 요구되고 컴팩트한 구조를 갖는 기기에 장착되어 구동력을 얻는데 사용되고 있다.
모터는 공급되는 전기 방식에 따라 직류용, 단상 교류용, 3상 교류용 등 다양한 종류가 존재하며, 최근에는 희토류 계열(원소기호 57번부터 71번까지의 란타넘계 원소 15개와, 21번인 스칸듐(Sc), 그리고 39번인 이트륨(Y) 등 총 17개 의 원소) 자석의 높은 가격으로 인해, 페라이트(Ferrite) 영구 자석을 이용한 모터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 페라이트(Ferrite) 영구 자석은 잔류 자속이 희토류 계열 영구 자석에 비해 상대적으로 낮은 문제가 존재하기 때문에, 최근에는 중공체 형상의 코어의 중심부에는 샤프트가 삽입 장착되고 샤프트를 중심으로 복수의 영구 자석이 방사형으로 매입시켜 자속을 집중시키는 구조인 스포크(Spoke) 타입의 모터가 많이 활용되고 있다.
일반적으로 스포크 타입의 모터의 경우 샤프트에 결합 고정된 코어에 수개의 영구 자석(페라이트 마그넷)이 방사상의 스포크 타입으로 매입되도록 형성된 수개의 슬롯과, 코어의 각 슬롯 단부에 로터의 고속회전 시 영구 자석이 코어에서 분리되지 않도록 양측에서 내향 돌출되게 형성된 걸림턱과, 수개의 슬롯에 매입되게 고정 설치된 수개의 영구 자석 등을 포함하고 있다.
일반적으로 스포크 타입의 모터의 경우 고출력 성능을 가지는 모터를 제작할 수 있으나, 그 구조적인 특징으로 인해 축 방향으로 누설되는 자속이 많이 발생하는 문제점이 존재한다.
따라서, 일 실시예에 따른 모터 및 모터의 제조 방법은 상기 설명한 문제점을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 축 방향으로 발생되는 누설 자속을 회전자 코어 상부에 배치된 별도의 코어 및 코일를 이용하여 역기전력을 발생시킴으로써 보다 출력 효율이 향상된 모터를 제공하기 위함이다.
일 실시예에 따른 모터는 복수 개의 영구 자석과 복수 개의 제1코어를 포함하는 회전자, 상기 회전자 상부 외주면을 따라 위치하는 제1코일, 상기 회전자의 외측면을 감싸는 제1고정자 및 상기 회전자 상부 또는 하부에 배치되고 상기 제1코어의 회전으로 발생되는 축방향의 누설 자속을 이용하여 전력을 발생시키는 제2고정자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2고정자는, 제2코어와 제2코일을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2코어와 제2고정자가 배치되는 위치 및 각도는 상기 누설 자속과 상기 제2고정자에 의해 출력될 수 있는 역기전력의 파형에 기초하여 서로 다른 위치 및 각도를 가질 수 있다.
또한, 상기 제2고정자는 상기 제1코일과 직렬 또는 병렬 형태로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제2고정자는 상기 회전자 상부의 적어도 일부를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2코어는 상기 제2고정자의 중심부에 위치하고 상기 제2코일은 상기 제2코어의 외주면을 따라 바깥쪽에 위치할 수 있다.
또한, 상기 제2고정자는, 상기 제1코일의 내측면에 위치할 수 있다.
또한, 상기 영구 자석은, 페라이트(Ferrite) 자석을 포함할 수 있다.
또한, 상기 모터는 스포크(Spoke) 타입의 모터를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따른 모터는 복수 개의 영구 자석과 복수 개의 제1코어를 포함하는 회전자와 상기 고정자 상부 외주면을 따라 위치하는 제1코일, 상기 고장자의 외측면을 감싸는 제1고정자 및 상기 고정자 상부 및 하부에 배치되고 상기 제1코어의 회전으로 발생되는 축방향의 누설 자속을 이용하여 전력을 발생시키는 제2고정자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2고정자는 제2코어와 제2코일을 포함하고 상기 제2코어와 제2고정자가 배치되는 위치 및 각도는 상기 제2고정자에 의해 출력될 수 있는 역기전력의 파형에 기초하여 서로 다른 위치 및 각도를 가질 수 있다.
또한, 상기 고정자 상부에 배치되는 제2고정자와 상기 고정자 하부에 배치되는 제2고정자는 서로 다른 위치와 각도로 배치될 수 있다.
또한, 상기 제2고정자는 상기 회전자 상부 및 하부의 적어도 일부를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 상기 모터는, 스포크(Spoke) 타입의 모터일 수 있다.
일 실시예에 따른 모터는, 모터의 상부에 고정자를 배치함으로써, 축방향으로 발생되는 자속의 누설을 이용하여 역기전력을 발생시킬 수 있어 모터의 효율을 높일 수 있으며, 추가로 배치되는 고정자는 모터의 내부 여유 공간에 배치할 수 있어 공간의 효율성을 높임과 동시에 동일한 체적으로 출력 밀도를 상승시키는 효과가 존재한다.
또한, 일 실시예에 따른 모터는 고정자를 모터 내부의 다양한 위치에 다양한 각도로 배치할 수 있어 원하는 파형의 역기전력을 발생시킬 수 있는 효과가 존재한다.
도 1은 일 실시예에 따른 모터의 회전자의 외형을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 모터의 고정자의 외형을 도시한 도면이다.
도 3은 모터의 회전자와 모터의 고정자가 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 회전자의 회전할 때 축 방향으로 누설되는 자속의 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따라, 제2고정자가 회전자 상부에 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따라, 제2고장자가 회전자 상부에 결합된 모습을 도시한 도면이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예이며, 본 출원의 출원 시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않으며, 본 명세서에서 사용한 "제 1", "제 2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.
본 발명의 경우 모터에 관한 발명으로서, 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 모터이면 그 종류는 한정되지 않으나, 이하 설명의 편의를 위해 스포트(Spoke) 타입의 모터를 기준으로 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3은 일 실시예에 따른 모터(100)의 구성을 도시한 도면으로서, 구체적으로 도 1은 모터(100) 내부의 회전자(10)의 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 모터(100) 내부의 고정자(20)의 모습을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 회전자(10), 도 2의 고정자(20) 및 코일(30) 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 회전자의 회전할 때 축 방향으로 누설되는 자속의 모습을 도시한 도면이다. 도 5와 6은 일 실시예에 따라, 제2고정자가 회전자 상부에 결합된 모습을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 모터(100)의 회전자(10)는 복수 개의 영구 자석(12)과 영구 자석(12) 사이에 배치되는 복수 개의 코어(11a, 11b, 11c, 11d)를 포함할 수 있고, 복수 개의 코어는 N극 성질을 가지는 코어(11a, 11c)와 S극 성질을 가지는 코어(11b, 11d)를 포함할 수 있다.
또한, 영구 자석은 복수 개의 자석을 포함할 수 있고 영구 자석으로 페라이트(Ferrite) 자석을 포함할 수 있다.
모터(100)의 고정자(20)는 복수 개의 영구 자석(21,22)이 원주 방향으로 등간격 배치될 수 있다. 이 때 복수의 영구 자석(21,22)은 원주 방향으로 N극의 성질을 가지는 자석(21)과 과 S극의 성질을 가지는 자석(22)이 반복하여 배치될 수 있다.
그리고 모터(100)의 회전자(10)와 고정자(20)는 도 3에 도시된 바와 같이 회전자(10)가 고정자(20) 내부에 삽입되는 형태로 결합될 수 있다. 회전자(10)는 고정자(20) 내부에서 중심축을 기준으로 회전할 수 있다.
종래 기술에 따른 모터의 경우 도 4에 도시된 바와 같이 회전자(10)가 회전함에 따라 필연적으로 축방향으로 자속이 누설되는 문제가 존재하였다.
즉, 자속의 경우 N극에서 S극으로 향하기 때문에 회전자(10)의 코어(11)와 고정자(20) 사이에 발생되는 자속 이외에도 코어(11)의 N극에서 S극으로 자속이 이동하게 되는데, 이러한 자속은 전력을 발생시키는데 사용되지 않으므로 모터의 효율성이 떨어지는 문제가 존재하였다.
그러나, 일 실시예에 따른 모터(100)의 경우 도 5에 도시된 바와 같이 회전자(10)의 상부 또는 하부에 제2고정자(40)를 배치함으로써, 축 방향으로 발생되는 자속의 누설을 이용하여 역기전력을 생산할 수 있으므로, 모터(100)의 효율성을 향상시킬 수 있는 장점이 존재한다.
이를 도 5를 통해 구체적으로 살펴보면, 일 실시예에 따른 모터(100)는 복수 개의 영구 자석(12) 및 복수 개의 제1코어(11)를 포함하는 회전자(10), 회전자 상부 외주면을 따라 배치되는 제1코일(30), 회전자(10)의 외측면을 감싸는 제1고정자(20) 및 회전자(10)의 상부 또는 하부에 배치되고 제1코어(11)의 회전으로 발생되는 축방향의 누설 자속을 이용하여 전력을 발생시키는 제2고정자(40)를 포함할 수 있다.
이 때, 제2고정자(40)는, 제2코어(41)와 제2코일(42)을 포함할 수 있으며, 제2고정자(40)는 제1코일(30)과 사용 목적에 따라 직렬 또는 병렬의 형태로 연결될 수 있으며, 제1코일(30)의 내측면에 위치할 수도 있다.
제2코어(41)와 제2코일(42)을 포함하는 제2고정자(40)가 자속의 누설이 발생할 수 있는 회전자(10)의 상부 또는 하부에 배치되기 때문에, 이러한 자속을 이용하여 역기전력을 생산해 낼 수 있다.
따라서, 제2고정자(40)인 제2코어(41)와 제2고정자(42)가 배치될 수 있는 위치 및 각도는 제2고정자(40)에 의해 출력될 수 있는 역기전력의 파형에 기초하여 다양한 위치 및 다양한 각도로 배치될 수 있다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이 회전자(10) 상부의 적어도 일부를 감싸는 방식으로 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 모습으로 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 5와는 반대로 회전자(10) 하부에 적어도 일부를 감싸는 방식으로 배치될 수 있으며, 회전자(10)의 상부 및 하부에 모두 배치되는 방식으로 위치할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이 회전자(10)의 상부 전부을 감싸는 방식으로 배치될 수 있으며, 도 6에 도시되지는 않았으나 회전자(10)의 하부 전부를 감싸거나, 회전자(10)의 상부와 하부를 모두 감싸는 방식으로 배치될 수 있다.
또한, 제2고정자(40)의 제2코어(41)와 제2코일(42)은 누설되는 자속과 반응하여 역기전력을 발생시키고, 이 때 발생되는 역기전력의 파형은 제2코어(41)와 제2코일(42)의 위치 및 각도에 따라 다양하게 변하므로, 일 실시예에 따른 모터(100)는 사용 목적에 따라 제2코어(41)와 제2코일(42)을 다양한 위치에 다양한 각도로 배치할 수 있다.
예를 들어, 제2코어(41)와 제2코일(42)이 X 형태와 Y각도로 배치시키는 경우 누설 자속이 제2코어(41)와 제2코일(42)에 반응하여 발생되는 역기전력의 파형이 A 형태인 경우, A형태의 역기전력을 파형을 발생시키기 위해 제2코어(41)와 제2코일(42)이 X 형태와 Y각도로 배치시킬 수 있다.
또한, 제2코어(41)와 제2코일(42)이 Z 형태와 W각도로 배치시키는 경우 누설 자속이 제2코어(41)와 제2코일(42)에 반응하여 발생되는 역기전력의 파형이 B 형태인 경우, B형태의 역기전력을 파형을 발생시키기 위해 제2코어(41)와 제2코일(42)이 Z 형태와 W각도로 배치시킬 수 있다.
또한, 도 5에서는 제2고정자(40)의 구조에 대해 제2코어(41)는 제2고정자(40)의 중심부에 위치하고 제2코일(42)은 제2코어(41)의 외주면을 따라 바깥쪽에 위치하는 것으로 도시하였지만, 제2코어(41)와 제2고정자(42)의 위치는 이러한 형태로 한정되는 것은 아니고 제2고정자(40) 안에서 제2코어(41) 및 제2코일(42)의 모형과 크기는 요구되는 역기전력의 파형에 따라 다양한 모습으로 배치될 수 있다.
지금까지 일 실시예에 따른 모터(100)의 다양한 구조 및 기능에 대해 알아보았다.
종래 기술에 따른 일반적으로 스포크 타입의 모터의 경우 고출력 성능을 가지는 모터를 제작할 수 있으나, 그 구조적인 특징으로 인해 축 방향으로 누설되는 자속이 많이 발생하는 문제점이 존재하였다.
그러나 일 실시예에 따른 모터는, 모터의 상부에 고정자를 배치함으로써, 축방향으로 발생되는 자속의 누설을 이용하여 역기전력을 발생시킬 수 있어 모터의 효율을 높일 수 있으며, 추가로 배치되는 고정자는 모터의 내부 여유 공간에 배치할 수 있어 공간의 효율성을 높임과 동시에 동일한 체적으로 출력 밀도를 상승시키는 효과가 존재한다.
또한, 일 실시예에 따른 모터는 고정자를 모터 내부의 다양한 위치에 다양한 각도로 배치할 수 있어 원하는 파형의 역기전력을 발생시킬 수 있는 효과가 존재한다.
지금까지 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 실시 예들 및 특허 청구 범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
10: 회전자
11: 영구 자석
12: 제1코어
20: 제1고정자
30: 제1코일
40: 제2고정자
41: 제2코어
42 제2코일

Claims (14)

  1. 복수 개의 영구 자석과 복수 개의 제1코어를 포함하는 회전자;
    상기 회전자 상부 외주면을 따라 위치하는 제1코일;
    상기 회전자의 외측면을 감싸는 제1고정자; 및
    상기 회전자 상부 또는 하부에 배치되고 상기 제1코어의 회전으로 발생되는 축방향의 누설 자속을 이용하여 전력을 발생시키는 제2고정자;를 포함하는 모터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2고정자는, 제2코어와 제2코일을 포함하는 모터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2코어와 제2고정자가 배치되는 위치 및 각도는,
    상기 누설 자속과 상기 제2고정자에 의해 출력될 수 있는 역기전력의 파형에 기초하여 서로 다른 위치 및 각도를 가지는 모터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2고정자는,
    상기 제1코일과 직렬 또는 병렬 형태로 연결되는 모터.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2고정자는,
    상기 회전자 상부의 적어도 일부를 감싸는 형태로 배치되는 모터.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제2코어는 상기 제2고정자의 중심부에 위치하고
    상기 제2코일은 상기 제2코어의 외주면을 따라 바깥쪽에 위치하는 모터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2고정자는, 상기 제1코일의 내측면에 위치하는 모터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 영구 자석은, 페라이트(Ferrite) 자석을 포함하는 모터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모터는, 스포크(Spoke) 타입의 모터를 포함하는 모터.
  10. 복수 개의 영구 자석과 복수 개의 제1코어를 포함하는 회전자;
    상기 고정자 상부 외주면을 따라 위치하는 제1코일;
    상기 고장자의 외측면을 감싸는 제1고정자; 및
    상기 고정자 상부 및 하부에 배치되고 상기 제1코어의 회전으로 발생되는 축방향의 누설 자속을 이용하여 전력을 발생시키는 제2고정자;를 포함하는 모터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2고정자는 제2코어와 제2코일을 포함하고
    상기 제2코어와 제2고정자가 배치되는 위치 및 각도는,
    상기 제2고정자에 의해 출력될 수 있는 역기전력의 파형에 기초하여 서로 다른 위치 및 각도를 가지는 모터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 고정자 상부에 배치되는 제2고정자와 상기 고정자 하부에 배치되는 제2고정자는 서로 다른 위치와 각도로 배치되는 모터.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2고정자는,
    상기 회전자 상부 및 하부의 적어도 일부를 감싸는 형태로 배치되는 모터.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 모터는, 스포크(Spoke) 타입의 모터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012182941A (ja) * 2011-03-02 2012-09-20 Toyota Industries Corp 回転電動機
KR20140140185A (ko) * 2013-05-28 2014-12-09 삼성전자주식회사 모터
KR20160017160A (ko) * 2014-07-31 2016-02-16 전자부품연구원 횡방향 공극이 추가된 영구자석형 동기 전동기

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