KR20070071404A - Brush-less d.c motor - Google Patents

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Abstract

A brushless DC motor is provided to improve operation characteristics of a motor by reducing cogging torque by improving shape and insertion structure of a magnet inserted in a rotor. A stator(10) has a hollow inside. A rotor(20) is installed to rotate in the hollow. A number of magnets(30) are formed to be shorter than the axial length of the rotor and are buried in the rotor. A slit part(25) is formed between one end of the rotor and the magnet. The slit part corresponding to adjacent magnets is prepared at the opposite position on the basis of the axial direction of the rotor.

Description

브러쉬리스 직류 모터{Brush-less D.C Motor}Brushless DC Motors {Brush-less D.C Motor}

도 1은 종래의 브러쉬리스 직류 모터의 단면도이다.      1 is a cross-sectional view of a conventional brushless DC motor.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 대한 단면도이다.      FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 단면도이다.      3 is a cross-sectional view of a brushless DC motor according to the present invention.

도 4는 도 3에서 Ⅳ-Ⅳ선에 대한 단면도이다.      4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.

도 5는 리브가 형성된 결합판을 나타낸 분해 단면도이다.      5 is an exploded cross-sectional view illustrating a bonding plate having ribs formed thereon.

도 6은 종래 및 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 코깅 토오크에 대한 파형도이다.      6 is a waveform diagram of a cogging torque of a brushless DC motor according to the related art and the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터와 종래의 모터의 토오크 리플을 비교한 그래프이다.       7 is a graph comparing torque ripple between a brushless DC motor and a conventional motor according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

10 : 고정자, 11 : 티스부,    10: stator, 11: tisbu,

20 : 회전자, 21 : 마그네트 설치홈    20: rotor, 21: magnet mounting groove

22 : 회전축, 25 : 슬릿부,    22: rotation axis, 25: slit portion,

30 : 마그네트, 40 : 결합판,     30: magnet, 40: bonding plate,

본 발명은 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전자내에 삽입,설치되는 마그네트의 길이를 철심의 적층 높이보다 짧게 하여 코깅 토크가 감소되는 브러쉬리스 직류 모터에 관한 것이다.The present invention relates to a brushless DC motor, and more particularly, to a brushless DC motor in which cogging torque is reduced by making the length of the magnet inserted and installed in the rotor shorter than the stack height of the iron core.

일반적으로, 브러쉬리스 직류 모터는 회전자 코어에 영구자석이 삽입된 구조에 따라 표면 부착형(SPM: Surface-mounted Permanent Magnet)과 매입형(IPM: Interior Permanent Magnet)으로 분류된다.In general, brushless DC motors are classified into surface-mounted permanent magnets (SPMs) and interior permanent magnets (IPMs) according to a structure in which permanent magnets are inserted into the rotor core.

이 중에서 매입형의 경우, 회전자에 설치되는 자석의 형상에 따라 코깅 토크(cogging torque)가 발생되며 이에 따라 토크 리플이 발생되어 모터의 특성을 저하시키게 된다.In the case of the embedded type, cogging torque is generated according to the shape of the magnet installed in the rotor, and thus torque ripple is generated to deteriorate the characteristics of the motor.

도 1은 종래의 매입형 브러쉬리스 직류 모터의 횡단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional recessed brushless DC motor.

고정자(1)는 등간격으로 배치되는 다수개의 티스부(2)와, 이 티스부(2)를 연결하는 요크부(3)를 포함한다.The stator 1 includes a plurality of teeth portions 2 arranged at equal intervals and a yoke portion 3 connecting the teeth portions 2.

티스부(2)사이에는 슬롯(4)이 마련되고, 각 슬롯(4)에는 인버터(미도시)에 의해 전류제어 또는 전압제어되어 각 상을 순차적으로 여자되는 코일(5)이 권선되어 고정자(1) 내부에는 회전 자계가 형성된다. A slot 4 is provided between the tooth parts 2, and each slot 4 is wound with a coil 5 that is current controlled or voltage controlled by an inverter (not shown) to sequentially excite each phase. 1) A rotating magnetic field is formed inside.

고정자(1)의 내부에는 원통형의 회전자(6)가 회전가능하게 설치되는데, 그 내부에는 원주방향을 따라 판상의 마그네트(7)가 등간격으로 배치되며, 이 마그네트(7)들은 인접하는 극이 서로 다른 극성을 갖게 되고, 고정자(1)에 의한 회전자계 와 회전자(6)에 의해 자계가 인력과 척력의 상호작용을 일으키며 회전자(6)에는 회전력이 발생된다.Inside the stator 1, a cylindrical rotor 6 is rotatably installed, in which plate-shaped magnets 7 are arranged at equal intervals along the circumferential direction, and the magnets 7 are adjacent poles. This polarity is different from each other, the magnetic field caused by the stator (1) and the rotor (6) the interaction between the attraction force and the repulsive force and the rotation force is generated in the rotor (6).

그러나, 이러한 모터구조는 회전자(6)내에 마그네트(7)가 삽입된 구조이므로, 릴럭턴스 변화에 따른 코깅 토크(Cogging torque)가 발생된다.However, such a motor structure is a structure in which the magnet 7 is inserted into the rotor 6, so that a cogging torque according to the change in reluctance is generated.

이러한 코깅 토크는 토크 리플을 유발시켜 이에 따라 작동시 소음 및 진동이 발생되어 모터의 특성이 악화된다는 문제점이 있었다.This cogging torque causes a torque ripple, thereby causing noise and vibration in operation, thereby deteriorating characteristics of the motor.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 회전자에 삽입되는 마그네트의 형상 및 그 삽입구조를 개선하여 코깅 토크 저감을 통해 모터의 작동특성이 향상되는 브러쉬리스 직류 모터를 제공하는 것이다.The present invention is to solve this problem, an object of the present invention to improve the shape and insertion structure of the magnet inserted into the rotor to provide a brushless DC motor that improves the operating characteristics of the motor by reducing the cogging torque will be.

본 발명의 또 다른 목적은 마그네트의 사용량을 줄임으로써 재료비가 감소되는 브러쉬리스 직류 모터를 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a brushless DC motor in which the material cost is reduced by reducing the amount of magnet used.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터는, 내부에 중공이 형성된 고정자; 상기 고정자의 상기 중공내에 회전가능하게 설치되는 회전자; 상기 회전자의 축방향 길이보다 짧게 형성되어 상기 회전자에 매설되는 다수개의 마그네트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object, the brushless DC motor according to the present invention includes a stator having a hollow formed therein; A rotor rotatably installed in the hollow of the stator; And a plurality of magnets formed shorter than the axial length of the rotor and embedded in the rotor.

또한, 상기 회전자의 양단 중 어느 일단과 상기 마그네트 사이에는 슬릿부가 마련된 것을 특징으로 한다.In addition, a slit portion is provided between one end of both ends of the rotor and the magnet.

또한, 상기 마그네트 중 서로 인접하는 것들에 대응되는 상기 슬릿부는 상기 회전자의 축방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 마련된 것을 특징으로 한다.In addition, the slit portions corresponding to those adjacent to each other of the magnets are provided in positions opposite to each other based on the axial direction of the rotor.

또한, 상기 슬릿부는 상기 회전자를 구성하는 재질과는 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the slit portion is characterized in that formed of a material different from the material constituting the rotor.

또한, 상기 마그네트가 설치된 상태에서 상기 회전자의 양단에는 상기 슬릿부를 형성하도록 돌출된 리브를 포함하는 체결판이 결합되는 것을 특징으로 한다.In addition, a fastening plate including ribs protruding to form the slit portion is coupled to both ends of the rotor in a state where the magnet is installed.

이하에는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

도 3을 참조하면, 고정자(10)는 단면이 환형으로 형성되어 내부에는 중공이 형성되며, 이 중공에는 원통형의 회전자(20)가 회전가능하게 설치된다.Referring to FIG. 3, the stator 10 is formed in an annular cross section so that a hollow is formed therein, and the hollow rotor 20 is rotatably installed in the hollow.

고정자(10)에는 회전자(20)의 위상에 따라 자기장이 발생하도록 코일(13)이 설치되는데, 이 코일(13)은 고정자(10)내에 원주방향을 따라 등간격으로 배치되는 슬롯(14)에 설치되며, 슬롯(14)과 슬롯(14)사이는 티스부(11)에 의해 구획되고, 티스부(11)는 그 외주방향에 마련되는 요크부(12)와 연결된다.The stator 10 is provided with a coil 13 so that a magnetic field is generated according to the phase of the rotor 20. The coil 13 is disposed in the stator 10 at equal intervals along the circumferential direction. Is installed in, the slot 14 and the slot 14 is partitioned by a tooth portion 11, the tooth portion 11 is connected to the yoke portion 12 provided in the outer circumferential direction.

고정자(10)의 내부에는 회전자(20)가 일정한 공극을 가지며 설치되는데, 그 내부에는 원주방향을 따라 영구자석인 마그네트(30)가 내접하는 구조로 설치되며 서로 등간격으로 배치되는데, 이 마그네트(30)들은 인접하는 극이 서로 다른 극성을 갖게 된다.Inside the stator 10, the rotor 20 is installed with a certain gap, and the magnet 30 is installed in the inner circumferential direction in a structure in which it is inscribed and arranged at equal intervals. The 30 poles have different polarities adjacent to each other.

상기 마그네트(30)는 회전자(20)의 축(22)과 평행하도록 설치되며, 이를 위해 회전자(20)에는 마그네트 설치홈(21)이 마련되어 있다.The magnet 30 is installed to be parallel to the shaft 22 of the rotor 20, for this purpose, the magnet 20 is provided with a magnet installation groove (21).

이때, 마그네트(30)의 축방향 길이는 회전자의 길이보다 짧게 형성되고, 이에 따라 마그네트 설치홈(21)에 마그네트(30)가 삽입, 설치된 상태에서 마그네트(30)와 회전자(20)의 일단사이에는 마그네트(30)로 채워지지 않는 공간인 슬롯부(25)가 존재하게 된다.At this time, the axial length of the magnet 30 is formed shorter than the length of the rotor, and thus the magnet 30 of the magnet 30 and the rotor 20 in a state where the magnet 30 is inserted and installed in the magnet installation groove 21. Between one end there is a slot portion 25 which is a space that is not filled with the magnet (30).

이 슬롯부(25)는 코깅토크를 감소시키기 위한 것으로, 회전자(20)의 일단을 기준으로 보았을 때, 마그네트(30)로 채워진 부분과 마그네트(30)로 채워지지 않은 부분인 슬롯부(25)가 교차형성되는 것이 바람직하다. The slot portion 25 is to reduce cogging torque, and when viewed with respect to one end of the rotor 20, the slot portion 25, which is a portion filled with the magnet 30 and a portion not filled with the magnet 30, is used. Is preferably cross-linked.

즉, 마그네트(30) 중 서로 인접하는 것들에 대응되는 슬릿부(25)는 상기 회전자(20)의 축방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 마련되는 것이다.That is, the slit portions 25 corresponding to those adjacent to each other among the magnets 30 are provided at positions opposite to each other based on the axial direction of the rotor 20.

이때, 회전자(20)에 마련되는 마그네트 설치홈(21)의 깊이를 마그네트(30)의 길이로 하게 되면, 슬릿부(25)는 회전자(20)와 동일한 재질로 형성되고, 인접하는 마그네트(30)의 삽입방향은 서로 반대가 된다.At this time, when the depth of the magnet installation groove 21 provided in the rotor 20 is the length of the magnet 30, the slit portion 25 is formed of the same material as the rotor 20, adjacent magnets The insertion directions of 30 are opposite to each other.

그러나, 코깅 토오크를 좀 더 효과적으로 감소시키기 위해서 슬릿부(25)는 회전자(20)와 다른 투자율을 갖도록 다른 재질로도 구성할 수 있다.However, in order to more effectively reduce the cogging torque, the slit portion 25 may be made of another material to have a different permeability than the rotor 20.

이 경우, 마그네트 설치홈(21)은 회전자(20)의 양단을 관통하는 구조로 형성되고, 슬릿부(25)를 별도 형성한 후 마그네트 설치홈(21)에 마그네트(25)와 함께 삽입하는 형태로 조립되거나, 마그네트 설치홈(21)내에 걸림턱(미도시)을 형성하여 슬릿부(25)를 빈 공간으로 구성하는 형태로 구현될 수도 있다.In this case, the magnet installation groove 21 is formed in a structure that penetrates both ends of the rotor 20, and the slit portion 25 is formed separately and inserted together with the magnet 25 in the magnet installation groove 21. It may be assembled in the form, or may be implemented to form a slit portion (25) into an empty space by forming a locking step (not shown) in the magnet installation groove 21.

한편, 슬릿부(25)를 회전자(20)와 다른 재질로 구성하기 위한 방법은 상술한 바와 같이 별도 형성 후 삽입하는 방법이외에, 도 5에서와 같이 마그네트(30)가 마 그네트 설치홈(21)에 삽입된 상태에서 회전자(20)의 양단에 결합되어 마그네트(30)를 고정하게 되는 결합판(40)에 슬릿부(25)로 형성되는 길이만큼 돌출된 형태의 리브를 일체형성하여 결합판(40)의 조립과 동시에 마그네트(30)의 고정 및 슬릿부(25)의 형성이 이루어지도록 구성할 수도 있다.On the other hand, the method for configuring the slit portion 25 with a different material from the rotor 20, as described above, in addition to the method of inserting separately, the magnet 30 as shown in FIG. 21 is integrally formed with ribs protruding as long as the slit portion 25 is formed in the coupling plate 40 which is coupled to both ends of the rotor 20 to fix the magnet 30 in the state inserted into At the same time as the assembly of the coupling plate 40, the magnet 30 can be configured to be fixed and the formation of the slit portion 25.

이때, 리브는 도시한 바와 같이 결합판(40) 상에서 교차되며 마련되며, 슬릿부(25)를 별도로 형성한 후 삽입하는 방법에 비하여 별도형성에 따른 제조 및 조립공정이 요구되지 않는다는 장점이 있다.At this time, the ribs are provided to cross on the coupling plate 40 as shown, there is an advantage that the manufacturing and assembly process according to the separate formation is not required as compared to the method of forming and inserting the slit portion 25 separately.

이하에는 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터의 작동과정 및 효과에 대하여 살펴본다.Hereinafter will be described the operation and effects of the brushless DC motor according to the present invention.

고정자(10)에 마련된 슬롯(14)에 감겨져 있는 코일(13)에 전류가 인가되는데, 전류는 인버터(미도시)에 의해 제어되어 코일(13)의 극성이 순차적으로 변하도록 인가된다.A current is applied to the coil 13 wound on the slot 14 provided in the stator 10, which is controlled by an inverter (not shown) so that the polarity of the coil 13 is sequentially changed.

따라서, 고정자(10)의 티스부(11)에는 회전자계가 발생되며, 회전자(20)에 매설된 마그네트(30)에 의해서도 자계가 발생된다.Therefore, the magnetic field is generated in the tooth portion 11 of the stator 10, and the magnetic field is also generated by the magnet 30 embedded in the rotor 20.

이때, 회전자계의 극성과 마그네트(30)에 의한 자계의 극성이 동일한 경우에는 상호 반발력이, 극성이 다른 경우에는 인력이 작용하여 이러한 자계간의 상호작용에 의해 회전자(20)에는 회전력이 발생한다.At this time, when the polarity of the magnetic field and the polarity of the magnetic field by the magnet 30 are the same, mutual repulsive force is applied, and when the polarity is different, the attraction force acts and the rotation force is generated in the rotor 20 by the interaction between the magnetic fields. .

한편, 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터는 상술한 바와 같이, 마그네트(30)의 길이를 짧게 구성하여 회전자(20)의 양단은 마그네트(30)가 채워진 부분과 채워지지 않은 부분이 교차, 반복되므로, 릴럭턴스 변화에 의해 발생되는 코깅 토오크가 양쪽에서 서로 상쇄되는 효과를 갖게 된다.On the other hand, the brushless DC motor according to the present invention, as described above, the length of the magnet 30 is configured to be short, so that both ends of the rotor 20 intersects and repeats the portion where the magnet 30 is filled with the portion that is not filled. Therefore, the cogging torque generated by the change in reluctance will have the effect of canceling each other on both sides.

도 6은 종래의 모터와 본 발명에 따른 브러쉬리스 모터의 코깅 토오크를 비교한 것으로, 코깅 토오크가 감소된 것을 확인할 수 있다.Figure 6 compares the cogging torque of a conventional motor and a brushless motor according to the present invention, it can be seen that the cogging torque is reduced.

또한, 도 7은 동일 입력시 종래의 모터와 본 발명에 따른 모터에서의 토오크를 나타낸 것으로 토오크 리플이 개선된 것을 확인할 수 있다.In addition, Figure 7 shows the torque in the conventional motor and the motor according to the present invention at the same input, it can be seen that the torque ripple is improved.

또한, 마그네트의 길이를 짧게 함에 따라 브러쉬리스 모터 하나를 제조하는데 사용되는 전체 마그네트의 양이 감소되므로 재료비가 절감되는 효과가 있다.In addition, as the length of the magnet is shortened, the total amount of magnet used to manufacture one brushless motor is reduced, thereby reducing the material cost.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 브러쉬리스 직류 모터는 마그네트의 길이를 짧게 하여 릴럭턴스 변화에 의해 발생되는 코깅토오크가 서로 상쇄되어 토크 리플이 개선된다.As described above, the brushless DC motor according to the present invention shortens the length of the magnet so that cogging torques generated by the change in reluctance cancel each other, thereby improving torque ripple.

따라서, 모터의 동작특성이 개선되어 소음 및 진동 발생이 감소된다.Therefore, the operating characteristics of the motor are improved to reduce noise and vibration.

또한, 마그네트 사용량이 감소되므로 제품의 생산원가가 절감되는 효과가 있다.In addition, since the magnet usage is reduced, the production cost of the product is reduced.

Claims (5)

내부에 중공이 형성된 고정자; 상기 고정자의 상기 중공내에 회전가능하게 설치되는 회전자; 상기 회전자의 축방향 길이보다 짧게 형성되어 상기 회전자에 매설되는 다수개의 마그네트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터. A stator having a hollow formed therein; A rotor rotatably installed in the hollow of the stator; And a plurality of magnets formed shorter than an axial length of the rotor and embedded in the rotor. 제1항에 있어서, 상기 회전자의 양단 중 어느 일단과 상기 마그네트 사이에는 슬릿부가 마련된 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터.The brushless DC motor according to claim 1, wherein a slit portion is provided between one end of both ends of the rotor and the magnet. 제2항에 있어서, 상기 마그네트 중 서로 인접하는 것들에 대응되는 상기 슬릿부는 상기 회전자의 축방향을 기준으로 서로 반대되는 위치에 마련된 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터. The brushless DC motor of claim 2, wherein the slit portions corresponding to the adjacent ones of the magnets are provided at positions opposite to each other based on the axial direction of the rotor. 제2항에 있어서, 상기 슬릿부는 상기 회전자를 구성하는 재질과는 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터.      The brushless DC motor of claim 2, wherein the slit portion is formed of a material different from a material constituting the rotor. 제4항에 있어서, 상기 마그네트가 설치된 상태에서 상기 회전자의 양단에는 상기 슬릿부를 형성하도록 돌출된 리브를 포함하는 체결판이 결합되는 것을 특징으로 하는 브러쉬리스 직류 모터.      The brushless DC motor of claim 4, wherein a fastening plate including ribs protruding to form the slit is coupled to both ends of the rotor in a state where the magnet is installed.
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